(57)【要約】【課題】コンパクトで伝達効率の良い大馬力車両用のツインクラッチ式変速機を得る。【解決手段】ツインクラッチ式変速機において、入力軸、奇数段変速機構３０、偶数段変速機構６０、同期用変速機構１００及び出力機構９０を備えるようにする。各変速機構３０、６０は、伝達ギア列３２、６２と、この伝達ギア列３２、６２の動力を伝達軸４０、７０に選択的に伝達するメインクラッチ３４、６４を備えるようにする。同期用変速機構１００は、奇数段伝達軸３２と偶数段伝達軸６２の回転を結合させる同期ギア列１１０、１２０と、この同期ギア列による結合を選択する同期クラッチ１１２、１２２を備えるようにする。【選択図】図１
2011152374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの動力が入力される入力軸と、
少なくとも第１方向回転が出力される出力軸と、
前記入力軸の回転が伝達され、前記出力軸が前記第１方向回転する際に奇数段の変速を行う奇数段変速機構と、
前記入力軸の回転が伝達され、前記出力軸が前記第１方向回転する際に偶数段の変速を行う偶数段変速機構と、
前記奇数段変速機構と前記偶数段変速機構の変速時の同期を行う同期用変速機構と、
前記奇数段変速機構及び前記偶数段変速機構の動力を前記出力軸まで伝達される出力機構と、を備え、
前記奇数段変速機構は、
奇数段伝達軸と、
前記入力軸と前記奇数段伝達軸の間に配置される奇数段伝達ギア列と、
前記入力軸の回転を、前記奇数段伝達ギア列を介して前記奇数段伝達軸に選択的に伝達する奇数段メインクラッチと、
前記奇数段伝達軸に設けられて前記出力機構に回転を伝達する奇数段変速ギア列と、
前記奇数段変速ギア列と前記奇数段伝達軸を選択的に結合する奇数段メカニカルクラッチと、を備え、
前記偶数段変速機構は、
偶数段伝達軸と、
前記入力軸と前記偶数段伝達軸の間に配置される偶数段伝達ギア列と、
前記入力軸の回転を、前記偶数段伝達ギア列を介して前記偶数段伝達軸に選択的に伝達する偶数段メインクラッチと、
前記偶数段伝達軸に設けられて前記出力機構に回転を伝達する偶数段変速ギア列と、
前記偶数段変速ギア列と前記偶数段伝達軸を選択的に結合する偶数段メカニカルクラッチと、を備え、
前記同期用変速機構は、
前記奇数段伝達軸と前記偶数段伝達軸の回転を結合させる同期ギア列と、
前記同期ギア列による結合を選択する同期クラッチと、を備えることを特徴とする、
ツインクラッチ式変速機。
【請求項２】
隣接する速度段の段間比がほぼ一定に設定されていることを特徴とする、
請求の範囲１に記載のツインクラッチ式変速機。
【請求項３】
前記奇数段伝達軸に対する前記偶数段伝達軸の回転比が前記段間比とほぼ等しくなるように、前記奇数段伝達ギア列及び前記偶数段伝達ギア列のギア比が設定されていることを特徴とする、
請求の範囲２に記載のツインクラッチ式変速機。
【請求項４】
少なくとも一部の隣接する変速段間で、前記奇数段変速ギア列と前記偶数段変速ギア列のギア比がほぼ一致されており、前記奇数段変速ギア列と前記偶数段変速ギア列で前記出力機構の歯車が共用されることを特徴とする、
請求の範囲３に記載のツインクラッチ式変速機。
【請求項５】
前記同期用変速機構は、
前記奇数段伝達軸と前記偶数段伝達軸が第１回転比となるように結合させる第１同期ギア列と、
前記第１同期ギア列による結合を選択する第１同期クラッチと、
前記奇数段伝達軸と前記偶数段伝達軸が第２回転比となるように結合させる第２同期ギア列と、
前記第２同期ギア列による結合を選択する第２同期クラッチと、を備え、
前記第１同期ギア列と前記第２同期ギア列を選択的に結合させながら、前記奇数段変速機構と前記偶数段変速機構の間で同期をとり、シフトアップ又はシフトダウンすることを特徴とする、
請求の範囲１乃至４のいずれかに記載のツインクラッチ式変速機。
【請求項６】
前記第１同期ギア列の前記第１回転比が略１であり、前記第２同期ギア列の前記第２回転比が、隣接する速度段の段間比の二乗に略一致していることを特徴とする、
請求の範囲５に記載のツインクラッチ式変速機。
【請求項７】
前記出力機構は、出力軸の正転及び逆転を切り替える正逆切替メカニカルクラッチを備えることを特徴とする、
請求の範囲１乃至６のいずれかに記載のツインクラッチ式変速機。
【請求項８】
前記入力軸上に、出力軸の正転及び逆転を切り替える正逆切替メカニカルクラッチを備えることを特徴とする、
請求の範囲１乃至７のいずれかに記載のツインクラッチ式変速機。
【請求項９】
前記奇数段変速機構は、
前記入力軸と前記奇数段伝達軸の間に配置される奇数段逆転アイドラ軸と、
前記入力軸、前記逆転用アイドラ軸及び前記奇数段伝達軸の間に配置される奇数段逆転伝達ギア列と、
前記入力軸と前記奇数段伝達ギア列を結合する奇数段メインクラッチと、
前記入力軸と前記奇数段逆転伝達ギア列を結合する奇数段逆転メインクラッチと、
前記奇数段伝達軸に設けられて、前記奇数段伝達ギア列及び前記奇数段逆転伝達ギア列のいずれかを選択して該奇数段伝達軸と結合させる奇数段正逆切替メカニカルクラッチと、を備え、
前記偶数段変速機構は、
前記入力軸と前記偶数段伝達軸の間に配置される偶数段逆転アイドラ軸と、
前記入力軸、前記逆転用アイドラ軸及び前記偶数段伝達軸の間に配置される偶数段逆転伝達ギア列と、
前記入力軸と前記偶数段伝達ギア列を結合する偶数段メインクラッチと、
前記入力軸と前記偶数段逆転伝達ギア列を結合する偶数段逆転メインクラッチと、
前記偶数段伝達軸に設けられて、前記偶数段伝達ギア列及び前記偶数段逆転伝達ギア列のいずれかを選択して該偶数段伝達軸と結合させる偶数段正逆切替メカニカルクラッチと、を備え、
前記出力軸を前記第１方向回転にする際は、
前記奇数段伝達機構において、前記入力軸の回転を、前記奇数段メインクラッチ、前記奇数段伝達ギア列、前記奇数段正逆切替メカニカルクラッチを介して前記奇数段伝達軸に伝達すると共に、
前記偶数段伝達機構において、前記入力軸の回転を、前記偶数段メインクラッチ、前記偶数段伝達ギア列、前記偶数段正逆切替メカニカルクラッチを介して前記偶数段伝達軸に伝達し、
前記出力軸を前記第１方向回転と反対の第２方向回転にする際は、
前記奇数段伝達機構において、前記入力軸の回転を、前記奇数段逆転メインクラッチ、前記奇数段逆転伝達ギア列、前記奇数段正逆切替メカニカルクラッチを介して前記奇数段伝達軸に伝達すると共に、
前記偶数段伝達機構において、前記入力軸の回転を、前記偶数段逆転メインクラッチ、前記偶数段逆転伝達ギア列、前記偶数段正逆切替メカニカルクラッチを介して前記偶数段伝達軸に伝達する、ことを特徴とする、
請求の範囲１乃至８のいずれかに記載のツインクラッチ式変速機。
【請求項１０】
前記奇数段変速機構において、
前記奇数段逆転伝達ギア列の入力軸側ギアと、前記偶数段伝達ギア列の入力軸側ギアが共用されており、
前記奇数段逆転メインクラッチと、前記偶数段メインクラッチが共用されており、
前記偶数段変速機構において、
前記偶数段逆転伝達ギア列の入力軸側ギアと、前記奇数段伝達ギア列の入力軸側ギアが共用されており、
前記偶数段逆転メインクラッチと、前記奇数段メインクラッチが共用されており、
前記出力軸を前記第２方向回転にする際は、
前記奇数段伝達機構において、前記入力軸の回転を、前記偶数段メインクラッチ、前記奇数段逆転伝達ギア列、前記奇数段正逆切替メカニカルクラッチを介して前記奇数段伝達軸に伝達すると共に、
前記偶数段伝達機構において、前記入力軸の回転を、前記奇数段メインクラッチ、前記偶数段逆転伝達ギア列、前記偶数段正逆切替メカニカルクラッチを介して前記偶数段伝達軸に伝達することを特徴とする、
請求の範囲９に記載のツインクラッチ式変速機。
【請求項１１】
前記奇数段逆転伝達ギア列と前記偶数段伝達ギア列のギア比がほぼ一致されると共に、前記偶数段逆転伝達ギア列と前記奇数段伝達ギア列のギア比がほぼ一致されており、
前記出力軸を前記第２方向回転にする際は、
前記奇数段変速機構が偶数段の変速を行うと共に、前記偶数段変速機構が奇数段の変速を行うことを特徴とする、
請求の範囲９又は１０に記載のツインクラッチ式変速機。
【請求項１２】
前記同期用変速機構は、
前記奇数段伝達軸と前記偶数段伝達軸が第１回転比となるように結合させる第１同期ギア列と、
前記第１同期ギア列による結合を選択する第１同期クラッチと、
前記奇数段伝達軸と前記偶数段伝達軸が第２回転比となるように結合させる第２同期ギア列と、
前記第２同期ギア列による結合を選択する第２同期クラッチと、
前記奇数段伝達軸と前記偶数段伝達軸が第３回転比となるように結合させる第３同期ギア列と、
前記第３同期ギア列による結合を選択する第３同期クラッチと、を備えることを特徴とする、
請求の範囲９乃至１１のいずれかに記載のツインクラッチ式変速機。
【請求項１３】
、
前記同期用変速機構は、前記第１回転比がほぼ１であり、前記第２回転比が隣接する速度段の段間比の二乗にほぼ一致しており、前記第３回転比が前記段間比の二乗の逆数にほぼ一致しており、
前記出力軸を前記第１方向回転にする際は、前記第１同期ギア列と前記第２同期ギア列を選択的に結合させながら、前記奇数段変速機構と前記偶数段変速機構の間で同期をとってシフトアップ又はシフトダウンし、
前記出力軸を前記第２方向回転にする際は、前記第１同期ギア列と前記第３同期ギア列を選択的に結合させながら、前記奇数段変速機構と前記偶数段変速機構の間で同期をとってシフトアップ又はシフトダウンすることを特徴とする、
請求の範囲１２に記載のツインクラッチ式変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２以上のクラッチを併用して変速制御を行う主として大馬力車両用、特に気動車（動力源として熱機関を搭載して自走する鉄道車両）に好適なツインクラッチ式変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、気動車用等の変速機として、エンジン（特にディーゼルエンジン）の動力を伝えるトルクコンバータと、前記トルクコンバータに接続される複数段の歯車と、この歯車を切り替える湿式多板クラッチを備えたものが利用されている（特許文献１となる実用新案登録２５６５５９６号公報参照）。また、気動車用の変速機において、上記湿式多板クラッチに代えてメカニカルクラッチを採用することで、伝達効率を向上させる技術も提案されている（特許文献２となる実開平２−１０３５５５号公報、特許文献３特開平１−２２０７６１号公報参照）。【０００３】
また近年、自動車用としては、ツインクラッチ式変速機が実用化されてきている（特許文献４となる特開２００３−２６９５９２号公報、非特許文献１となる三菱自動車テクニカルレビュー２００８  Ｎｏ．２０  ３１頁〜３４頁参照）。このツインクラッチ式変速機は、レーシングカー用の変速機としても以前から利用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
気動車用等の大馬力車両用変速機では、エンジンの出力特性上、低車速域ではトルクコンバータを介した動力伝達を利用して牽引力を得るようにしているが、一般的にトルクコンバータは流体を介在させるため伝達効率が悪い。従って、トルクコンバータによる運転時間が長くなるほど、変速機の伝達効率が低下する。【０００５】
これを改善するため、近年は、変速機におけるシフト段数を３〜４段に増やし、中高速運転時にはトルクコンバータを介さずに直結運転を行い、効率を向上させている。【０００６】
しかしながら、シフト段数を増やすことで、各段に設置される湿式多板クラッチの数が増加してしまう。結合されていない（動力伝達と無関係な）湿式多板クラッチは空転するため、引き摺り摩擦による空転ロスが発生する。シフト段数を増やしてトルクコンバータを介する運転時間を短くしても、空転する湿式多板クラッチが増えるので空転ロスが増加し、実質的には効率を大幅に改善することが困難である。特に気動車の場合は稼働時間が長いため、湿式多板クラッチの空転ロスは無視できないものとなる。【０００７】
ところで、大馬力車両用変速機では、動力伝達系統の慣性が自動車よりもはるかに大きいため、自動車で採用されているシンクロメッシュを用いた摩擦式の同期機構を用いることは出来ない。これに替わるものとして、上記特許文献２および３で開示されているようなメカニカルクラッチを採用しようとすると、クラッチの同期制御システムが複雑化するという課題が発生する。特に、低速域まで直結運転を行うために、シフト段数を増やそうとすると、同期制御が更に複雑化する。なお、上記自動車用のツインクラッチ変速機は、全てシンクロメッシュを用いる構造であることから、気動車のような大馬力、大トルク、大慣性を伝達する際に、そのまま用いることが出来ないという課題もある。【０００８】
また、気動車は、前進・後進ともに運転時間が略等しくなる車両である。このため、前進時と後進時でギアの噛み合い数にアンバランスが生じないことが要求されている。アンバランスが生じると、前進または後進の何れか一方で伝達効率が低下してしまう。【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、大馬力車両用のツインクラッチ式変速機により、コンパクト且つ簡潔な構造で効率を改善することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する本発明は、エンジンの動力が入力される入力軸と、少なくとも第１方向回転が出力される出力軸と、前記入力軸の回転が伝達され、前記出力軸が前記第１方向回転する際に奇数段の変速を行う奇数段変速機構と、前記入力軸の回転が伝達され、前記出力軸が前記第１方向回転する際に偶数段の変速を行う偶数段変速機構と、前記奇数段変速機構と前記偶数段変速機構の変速時の同期を行う同期用変速機構と、前記奇数段変速機構及び前記偶数段変速機構の動力を前記出力軸まで伝達される出力機構と、を備え、前記奇数段変速機構は、奇数段伝達軸と、前記入力軸と前記奇数段伝達軸の間に配置される奇数段伝達ギア列と、前記入力軸の回転を、前記奇数段伝達ギア列を介して前記奇数段伝達軸に選択的に伝達する奇数段メインクラッチと、前記奇数段伝達軸に設けられて前記出力機構に回転を伝達する奇数段変速ギア列と、前記奇数段変速ギア列と前記奇数段伝達軸を選択的に結合する奇数段メカニカルクラッチと、を備え、前記偶数段変速機構は、偶数段伝達軸と、前記入力軸と前記偶数段伝達軸の間に配置される偶数段伝達ギア列と、前記入力軸の回転を、前記偶数段伝達ギア列を介して前記偶数段伝達軸に選択的に伝達する偶数段メインクラッチと、前記偶数段伝達軸に設けられて前記出力機構に回転を伝達する偶数段変速ギア列と、前記偶数段変速ギア列と前記偶数段伝達軸を選択的に結合する偶数段メカニカルクラッチと、を備え、前記同期用変速機構は、前記奇数段伝達軸と前記偶数段伝達軸の回転を結合させる同期ギア列と、前記同期ギア列による結合を選択する同期クラッチと、を備えることを特徴とする、ツインクラッチ式変速機である。【００１１】
上記目的を達成するツインクラッチ式変速機は、上記発明において、隣接する速度段の段間比がほぼ一定に設定されていることを特徴とする。【００１２】
上記目的を達成するツインクラッチ式変速機は、上記発明において、前記奇数段伝達軸に対する前記偶数段伝達軸の回転比が前記段間比とほぼ等しくなるように、前記奇数段伝達ギア列及び前記偶数段伝達ギア列のギア比が設定されていることを特徴とする。【００１３】
上記目的を達成するツインクラッチ式変速機は、上記発明において、少なくとも一部の隣接する変速段間で、前記奇数段変速ギア列と前記偶数段変速ギア列のギア比がほぼ一致されており、前記奇数段変速ギア列と前記偶数段変速ギア列で前記出力機構の歯車が共用されることを特徴とする。【００１４】
上記目的を達成するツインクラッチ式変速機の前記同期用変速機構は、上記発明において、前記奇数段伝達軸と前記偶数段伝達軸が第１回転比となるように結合させる第１同期ギア列と、前記第１同期ギア列による結合を選択させる第１同期クラッチと、前記奇数段伝達軸と前記偶数段伝達軸が第２回転比となるように結合する第２同期ギア列と、前記第２同期ギア列による結合を選択する第２同期クラッチと、を備え、前記第１同期ギア列と前記第２同期ギア列を選択的に結合させながら、前記奇数段変速機構と前記偶数段変速機構の間で同期をとり、シフトアップ又はシフトダウンすることを特徴とする。【００１５】
上記目的を達成するツインクラッチ式変速機は、上記発明において、前記第１同期ギア列の前記第１回転比が略１であり、前記第２同期ギア列の前記第２回転比が、隣接する速度段の段間比の二乗に略一致していることを特徴とする。【００１６】
上記目的を達成するツインクラッチ式変速機の前記出力機構は、上記発明において、出力軸の正転及び逆転を切り替える正逆切替メカニカルクラッチを備えることを特徴とする。【００１７】
上記目的を達成するツインクラッチ式変速機は、上記発明において、前記入力軸上に、出力軸の正転及び逆転を切り替える正逆切替メカニカルクラッチを備えることを特徴とする。【００１８】
上記目的を達成するツインクラッチ式変速機の前記奇数段変速機構は、上記発明において、前記入力軸と前記奇数段伝達軸の間に配置される奇数段逆転アイドラ軸と、前記入力軸、前記逆転用アイドラ軸及び前記奇数段伝達軸の間に配置される奇数段逆転伝達ギア列と、前記入力軸と前記奇数段伝達ギア列を結合する奇数段メインクラッチと、前記入力軸と前記奇数段逆転伝達ギア列を結合する奇数段逆転メインクラッチと、前記奇数段伝達軸に設けられて、前記奇数段伝達ギア列及び前記奇数段逆転伝達ギア列のいずれかを選択して該奇数段伝達軸と結合させる奇数段正逆切替メカニカルクラッチと、を備え、前記偶数段変速機構は、前記入力軸と前記偶数段伝達軸の間に配置される偶数段逆転アイドラ軸と、前記入力軸、前記逆転用アイドラ軸及び前記偶数段伝達軸の間に配置される偶数段逆転伝達ギア列と、前記入力軸と前記偶数段伝達ギア列を結合する偶数段メインクラッチと、前記入力軸と前記偶数段逆転伝達ギア列を結合する偶数段逆転メインクラッチと、前記偶数段伝達軸に設けられて、前記偶数段伝達ギア列及び前記偶数段逆転伝達ギア列のいずれかを選択して該偶数段伝達軸と結合させる偶数段正逆切替メカニカルクラッチと、を備え、前記出力軸を前記第１方向回転にする際は、前記奇数段伝達機構において、前記入力軸の回転を、前記奇数段メインクラッチ、前記奇数段伝達ギア列、前記奇数段正逆切替メカニカルクラッチを介して前記奇数段伝達軸に伝達すると共に、前記偶数段伝達機構において、前記入力軸の回転を、前記偶数段メインクラッチ、前記偶数段伝達ギア列、前記偶数段正逆切替メカニカルクラッチを介して前記偶数段伝達軸に伝達し、前記出力軸を前記第１方向回転と反対の第２方向回転にする際は、前記奇数段伝達機構において、前記入力軸の回転を、前記奇数段逆転メインクラッチ、前記奇数段逆転伝達ギア列、前記奇数段正逆切替メカニカルクラッチを介して前記奇数段伝達軸に伝達すると共に、前記偶数段伝達機構において、前記入力軸の回転を、前記偶数段逆転メインクラッチ、前記偶数段逆転伝達ギア列、前記偶数段正逆切替メカニカルクラッチを介して前記偶数段伝達軸に伝達する、ことを特徴とする。【００１９】
上記目的を達成するツインクラッチ式変速機は、上記発明の前記奇数段変速機構において、前記奇数段逆転伝達ギア列の入力軸側ギアと、前記偶数段伝達ギア列の入力軸側ギアが共用されており、前記奇数段逆転メインクラッチと、前記偶数段メインクラッチが共用されており、前記偶数段変速機構において、前記偶数段逆転伝達ギア列の入力軸側ギアと、前記奇数段伝達ギア列の入力軸側ギアが共用されており、前記偶数段逆転メインクラッチと、前記奇数段メインクラッチが共用されており、前記出力軸を前記第２方向回転にする際は、前記奇数段伝達機構において、前記入力軸の回転を、前記偶数段メインクラッチ、前記奇数段逆転伝達ギア列、前記奇数段正逆切替メカニカルクラッチを介して前記奇数段伝達軸に伝達すると共に、前記偶数段伝達機構において、前記入力軸の回転を、前記奇数段メインクラッチ、前記偶数段逆転伝達ギア列、前記偶数段正逆切替メカニカルクラッチを介して前記偶数段伝達軸に伝達することを特徴とする。【００２０】
上記目的を達成するツインクラッチ式変速機は、上記発明において、前記奇数段逆転伝達ギア列と前記偶数段伝達ギア列のギア比がほぼ一致されると共に、前記偶数段逆転伝達ギア列と前記奇数段伝達ギア列のギア比がほぼ一致されており、前記出力軸を前記第２方向回転にする際は、前記奇数段変速機構が偶数段の変速を行うと共に、前記偶数段変速機構が奇数段の変速を行うことを特徴とする。【００２１】
上記目的を達成するツインクラッチ式変速機の前記同期用変速機構は、上記発明において、前記奇数段伝達軸と前記偶数段伝達軸が第１回転比となるように結合させる第１同期ギア列と、前記第１同期ギア列による結合を選択する第１同期クラッチと、前記奇数段伝達軸と前記偶数段伝達軸が第２回転比となるように結合させる第２同期ギア列と、前記第２同期ギア列による結合を選択する第２同期クラッチと、前記奇数段伝達軸と前記偶数段伝達軸が第３回転比となるように結合させる第３同期ギア列と、前記第３同期ギア列による結合を選択する第３同期クラッチと、を備えることを特徴とする。【００２２】
上記目的を達成するツインクラッチ式変速機の前記同期用変速機構は、上記発明において、前記第１回転比がほぼ１であり、前記第２回転比が隣接する速度段の段間比の二乗にほぼ一致しており、前記第３回転比が前記段間比の二乗の逆数にほぼ一致しており、前記出力軸を前記第１方向回転にする際は、前記第１同期ギア列と前記第２同期ギア列を選択的に結合させながら、前記奇数段変速機構と前記偶数段変速機構の間で同期をとってシフトアップ又はシフトダウンし、前記出力軸を前記第２方向回転にする際は、前記第１同期ギア列と前記第３同期ギア列を選択的に結合させながら、前記奇数段変速機構と前記偶数段変速機構の間で同期をとってシフトアップ又はシフトダウンすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、コンパクト且つ簡潔化構造で、高効率の大馬力車両用に好適なツインクラッチ式変速機を得ることが出来るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るツインクラッチ式変速機の全体構成を示すスケルトン図である。
【図２】同ツインクラッチ式変速機の第１速のトルクフローを示す図である。
【図３】同ツインクラッチ式変速機の第２速準備のトルクフローを示す図である。
【図４】同ツインクラッチ式変速機の第２速のトルクフローを示す図である。
【図５】同ツインクラッチ式変速機の第３速準備のトルクフローを示す図である。
【図６】同ツインクラッチ式変速機の第３速のトルクフローを示す図である。
【図７】同ツインクラッチ式変速機の第２速準備のトルクフローを示す図である。
【図８】同ツインクラッチ式変速機の第２速のトルクフローを示す図である。
【図９】同ツインクラッチ式変速機の第１速準備のトルクフローを示す図である。
【図１０】同ツインクラッチ式変速機の第１速のトルクフローを示す図である。
【図１１】本実施形態の他の例に係る同ツインクラッチ式変速機の全体構成を示すスケルトン図である。
【図１２】同ツインクラッチ式変速機の正転時のトルクフローを示す図である。
【図１３】同ツインクラッチ式変速機の逆転時のトルクフローを示す図である。
【図１４】同ツインクラッチ式変速機の前後進の切り替え用の同期機構を示す模式的な断面図である。
【図１５】同ツインクラッチ式変速機の前後進の切り替え用の同期機構を示す模式的な断面図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に係るツインクラッチ式変速機の全体的な構成を示す模式的な断面図である。
【図１７】同ツインクラッチ式変速機の制御システムの構成を示す模式図である。
【図１８】同ツインクラッチ式変速機の制御システムの制御方法を示す模式図である。
【図１９】同ツインクラッチ式変速機において、前進時に１速から２速へ変速する際の準備状態を示す模式図である。
【図２０】同ツインクラッチ式変速機において、前進時に１速から２速へ変速する際の遷移状態を示す模式図である。
【図２１】同ツインクラッチ式変速機において、前進時に２速から３速へ変速する際の準備状態を示す模式図である。
【図２２】同ツインクラッチ式変速機において、前進時に２速から３速へ変速する際の遷移状態を示す模式図である。
【図２３】同ツインクラッチ式変速機において、後進時に５速から４速へ変速する際の準備状態を示す模式図である。
【図２４】同ツインクラッチ式変速機において、後進時に５速から４速へ変速する際の遷移状態を示す模式図である。
【図２５】同ツインクラッチ式変速機の前後進の切り替え用の同期機構の変形例を示す模式的な断面図である。
【図２６】同ツインクラッチ式変速機の変形例を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態の例に係るツインクラッチ式変速機（以下、変速機という）を説明する。なお、ここでは気動車用の変速機を例示する。
【００２６】
図１には、第１実施形態に係る変速機１の構成が示されている。この変速機１は、ディーゼルエンジン２の動力が入力される入力軸１０と、入力軸１０の回転が伝達される奇数段変速機構３０と、同様に入力軸１０の回転が伝達される偶数段変速機構６０と、奇数段変速機構３０及び偶数段変速機構６０の動力が選択的に伝達される出力機構９０と、奇数段変速機構３０と偶数段変速機構６０の変速時の同期を行う同期用変速機構１００を備える。奇数段変速機構３０は、出力機構９０の出力軸９４が第１方向回転となる際に、第１速、第３速、第５速、第７速の奇数段変速を実行するものであり、偶数段変速機構６０は、出力機構９０の出力軸９４が第１方向回転となる際に、第２速、第４速、第６速、第８速の偶数段変速を実行するものである。従って、この変速機１は、合計８段の変速が可能となっている。変速機１では、奇数段変速機構３０と偶数段変速機構６０のそれぞれにクラッチを設けておくことで、例えば奇数段変速機構３０において動力を伝達している際、偶数段変速機構６０側において隣接段へのシフトアップ又はシフトダウンの準備を可能にする。また、偶数段変速機構６０において動力を伝達している際、奇数段変速機構３０側において隣接段へのシフトアップ又はシフトダウンの準備を可能にする。
【００２７】
奇数段変速機構３０は、入力軸１０と奇数段伝達軸４０の間に配置されて回転を伝達する奇数段伝達ギア列３２と、入力軸１０の動力を、奇数段伝達ギア列３２を介して奇数段伝達軸４０に選択的に伝達する奇数段メインクラッチ３４と、奇数段伝達軸４０に設けられて出力機構９０に回転を４段階で伝達する第１〜第７奇数段変速ギア列４１、４３、４５、４７と、第１〜第７奇数段変速ギア列４１、４３、４５、４７と奇数段伝達軸４０を選択的に結合する２つの奇数段メカニカルクラッチ５０、５２を備える。
【００２８】
奇数段伝達ギア列３２は、入力歯数３１、出力歯数６４、回転比２．０６５となる歯車対によって構成されている。この奇数段伝達ギア列３２は、入力軸１０と奇数段メインクラッチ３４の間に設けられており、入力軸１０の回転を減速して奇数段メインクラッチ３４に伝える。奇数段メインクラッチ３４は、湿式多板クラッチであり、油圧を利用して、入力軸１０の回転を奇数段伝達軸４０に選択的に伝達可能となっている。
【００２９】
なお、ここでは奇数段メインクラッチ３４が、奇数段伝達ギア列３２と奇数段伝達軸４０の間に配置される場合を例示したが、この奇数段メインクラッチ３４は、入力軸１０と奇数段伝達ギア列３２の間に配置されても良い。即ち、入力軸１０上に奇数段メインクラッチ３４を配置することも好ましい。
【００３０】
奇数段変速機構３０は、奇数段メインクラッチ３４を利用して回転比２．０６５によって入力軸１０の回転を奇数段伝達軸４０に選択的に伝達する。
【００３１】
奇数段伝達軸４０に設けられる第１速変速ギア列４１は、入力歯数３０、出力歯数５８、回転比１．９３３となる歯車対によって構成されており、奇数段伝達軸４０の回転を出力機構９０のカウンタ軸９２に伝達する。第３速変速ギア列４３は、入力歯数５１、出力歯数５９、回転比１．１５７となる歯車対によって構成されており、奇数段伝達軸４０の回転を出力機構９０のカウンタ軸９２に伝達する。第５速変速ギア列４５は、入力歯数６５、出力歯数４５、回転比０．６９２となる歯車対によって構成されており、奇数段伝達軸４０の回転を出力機構９０のカウンタ軸９２に伝達する。第７速変速ギア列４７は、入力歯数７７、出力歯数３２、回転比０．４１６となる歯車対によって構成されており、奇数段伝達軸４０の回転を出力機構９０のカウンタ軸９２に伝達する。
【００３２】
一方の奇数段メカニカルクラッチ５０は、第１速変速ギア列４１と第３速変速ギア列４３の間に配置される。この奇数段メカニカルクラッチ５０は、第１速変速ギア列４１と奇数段伝達軸４０が結合された「第１速結合状態」と、第３速変速ギア列４３と奇数段伝達軸４０が結合された「第３速結合状態」と、第１速及び第３速変速ギア列４１、４３が共に奇数段伝達軸４０から解放された「非結合状態」を選択的に切り替えることが出来る。
【００３３】
他方の奇数段メカニカルクラッチ５２は、第５速変速ギア列４５と第７速変速ギア列４７の間に配置される。この奇数段メカニカルクラッチ５２は、第５速変速ギア列４５と奇数段伝達軸４０が結合された「第５速結合状態」と、第７速変速ギア列４７と奇数段伝達軸４０が結合された「第７速結合状態」と、第５速及び第７速変速ギア列４５、４７が共に奇数段伝達軸４０から解放された「非結合状態」を選択的に切り替えることが出来る。従って、この奇数段メカニカルクラッチ５０、５２を適宜切り替えることで、第１速、第３速、第５速、第７速、及び中立のいずれかを適宜選択できるようになっている。
【００３４】
出力機構９０は、カウンタ軸９２と、出力軸９４と、カウンタ軸９２と出力軸９４の間に配置される正転ギア列９６と、同様にカウンタ軸９２と出力軸９４の間に配置される逆転ギア列９８と、出力軸９４上における正転ギア列９６と逆転ギア列９８の間に配置される正逆選択メカニカルクラッチ９７を備える。
【００３５】
正転ギア列９６は、一対の歯車の間にアイドラ歯車が挿入された合計３枚の歯車から構成されており、入力歯数２８、アイドラ歯数３６、出力歯数３７、総回転比１．３２１となっている。従って、カウンタ軸９２の回転は、この回転比によって出力軸９４に伝達され、カウンタ軸９２と出力軸９４が同方向に回転する。逆転ギア列９８は、入力歯数３１、出力歯数４１、回転比１．３２３となる歯車対によって構成されており、カウンタ軸９２の回転を出力軸９４に伝達する。この場合、カウンタ軸９２と出力軸９４は逆方向に回転する。なお、正転と逆転の回転比は略同一となるように設定される。
【００３６】
正逆選択メカニカルクラッチ９７は、正転ギア列９６と出力軸９４が結合された「正転結合状態」と、逆転ギア列９８と出力軸９４が結合された「逆転結合状態」と、正転及び逆転ギア列９６、９８が共に奇数段伝達軸４０から解放された「非結合状態」を選択的に切り替える。この結果、正転と逆転を適宜切り替えるだけで、正転時と逆転時に略等しい条件で８段階の変速を行うことが可能となる。この結果、前進と後進が略同じ運転頻度となる気動車用として変速機１を利用できる。
【００３７】
偶数段変速機構６０は、入力軸１０と偶数段伝達軸７０の間に配置されて回転を伝達する偶数段伝達ギア列６２と、入力軸１０の動力を、偶数段伝達ギア列６２を介して偶数段伝達軸７０に選択的に伝達する偶数段メインクラッチ６４と、偶数段伝達軸７０に設けられて出力機構９０に回転を４段階で伝達する第２〜第８偶数段変速ギア列７２、７４、７６、７８と、第２〜第８偶数段変速ギア列７２、７４、７６、７８と偶数段伝達軸７０を選択的に結合する２つの偶数段メカニカルクラッチ８０、８２を備える。
【００３８】
偶数段伝達ギア列６２は、入力歯数４６、出力歯数７４、回転比１．６０９となる歯車対によって構成されている。
【００３９】
この偶数段伝達ギア列６２は、入力軸１０と偶数段メインクラッチ６４の間に設けられており、入力軸１０の回転を減速して偶数段メインクラッチ６４に伝える。偶数段メインクラッチ６４は、湿式多板クラッチであり、入力軸１０の回転を偶数段伝達軸７０に選択的に伝達可能となっている。
【００４０】
なお、ここでは偶数段メインクラッチ６４が、偶数段伝達ギア列６２と偶数段伝達軸７０の間に配置される場合を例示したが、この偶数段メインクラッチ６４は、入力軸１０と偶数段伝達ギア列６２の間に配置されても良い。即ち、入力軸１０上に偶数段メインクラッチ６４を配置することも好ましい。
【００４１】
偶数段変速機構６０は、定常時は、偶数段メインクラッチ６４を利用して回転比１．６０９によって入力軸１０の回転を偶数段伝達軸７０に選択的に伝達する。
【００４２】
偶数段伝達軸７０に設けられる第２速変速ギア列７２は、入力歯数３０、出力歯数５８、回転比１．９３３となる歯車対によって構成されており、偶数段伝達軸７０の回転を出力機構９０のカウンタ軸９２に伝達する。なお、この歯車対における出力側歯車は、奇数段変速機構３０の第１速変速ギア列４１の歯車対と共用されている。また、第２速変速ギア列７２と第１速変速ギア列４１の回転比も略同じ（ここでは完全に同一）に設定されている。ここでは実際に、第２速変速ギア列７２と第１速変速ギア列４１において全く同じ歯車が用いられている。この結果、変速機１全体において、第１速の入出力回転比と第２速の入出力回転比の比率は、奇数段伝達ギア列３２と偶数段伝達ギア列６２の回転比の比率と一致する。
【００４３】
第４速変速ギア列７４は、入力歯数５１、出力歯数５９、回転比１．１５７となる歯車対によって構成されており、偶数段伝達軸７０の回転を出力機構９０のカウンタ軸９２に伝達する。なお、この歯車対における出力側歯車は、奇数段変速機構３０の第３速変速ギア列４３の歯車対と共用されている。また、第４速変速ギア列７４と第３速変速ギア列４３の回転比も略同じ（ここでは完全に同一）に設定されていることから、本実施形態では、第４速変速ギア列７４と第３速変速ギア列４３で全く同じ歯車が用いられている。この結果、変速機１全体において、第３速の入出力回転比と第４速の入出力回転比の段間比は、奇数段伝達ギア列３２と偶数段伝達ギア列６２の回転比の比率と一致する。
【００４４】
第６速変速ギア列７６は、入力歯数６５、出力歯数４５、回転比０．６９２となる歯車対によって構成されており、偶数段伝達軸７０の回転を出力機構９０のカウンタ軸９２に伝達する。なお、この歯車対における出力側歯車は、奇数段変速機構３０の第５速変速ギア列４５の歯車対と共用されている。また、第６速変速ギア列７６と第５速変速ギア列４５の回転比も略同じ（ここでは完全に同一）に設定されていることから、本実施形態では、第６速変速ギア列７６と第５速変速ギア列４５で全く同じ歯車が用いられている。この結果、変速機１全体において、第５速の入出力回転比と第６速の入出力回転比の段間比は、奇数段伝達ギア列３２と偶数段伝達ギア列６２の回転比の比率と一致する。
【００４５】
第８速変速ギア列７８は、入力歯数７７、出力歯数３２、回転比０．４１６となる歯車対によって構成されており、偶数段伝達軸７０の回転を出力機構９０のカウンタ軸９２に伝達する。なお、この歯車対における出力側歯車は、奇数段変速機構３０の第７速変速ギア列４７の歯車対と共用されている。また、第８速変速ギア列７８と第７速変速ギア列４７の回転比も略同じ（ここでは完全に同一）に設定されていることから、本実施形態では、第８速変速ギア列７８と第７速変速ギア列４７で全く同じ歯車が用いられている。この結果、変速機１全体において、第７速の入出力回転比と第８速の入出力回転比の段間比は、奇数段伝達ギア列３２と偶数段伝達ギア列６２の回転比の比率と一致する。
【００４６】
一方の偶数段メカニカルクラッチ８０は、第２速変速ギア列７２と第４速変速ギア列７４の間に配置される。偶数段メカニカルクラッチ８０は、第２速変速ギア列７２と偶数段伝達軸７０が結合された「第２速結合状態」と、第４速変速ギア列７４と偶数段伝達軸７０が結合された「第４速結合状態」と、第２速及び第４速変速ギア列７２、７４が共に偶数段伝達軸７０から解放された「非結合状態」を選択的に切り替えることが出来る。
【００４７】
他方の偶数段メカニカルクラッチ８２は、第６速変速ギア列７６と第８速変速ギア列７８の間に配置される。偶数段メカニカルクラッチ８２は、第６速変速ギア列７６と偶数段伝達軸７０が結合された「第６速結合状態」と、第８速変速ギア列７８と偶数段伝達軸７０が結合された「第８速結合状態」と、第６速及び第８速変速ギア列７６、７８が共に偶数段伝達軸７０から解放された「非結合状態」を選択的に切り替えることが出来る。従って、この偶数段メカニカルクラッチ８０、８２を適宜切り替えることで、第２速、第４速、第６速、第８速、及び中立のいずれかを適宜選択できるようになっている。
【００４８】
同期用変速機構１００は、第１同期ギア列１１０と第２同期ギア列１２０を備える。第１同期ギア列１１０は、奇数段伝達軸４０と偶数段伝達軸７０の回転が第１回転比となるように、この奇数段伝達軸４０と偶数段伝達軸７０を選択的に結合する。具体的に第１同期ギア列１１０は、奇数段伝達軸４０に設けられる第１同期クラッチ１１２と、第１同期クラッチ１１２に連結される第１奇数段同期ギア１１４と、カウンタ軸９２に対して自由回転自在に設置され、且つ第１奇数段同期ギア１１４と噛み合う第１中間同期ギア１１６と、偶数段伝達軸７０に固定されて第１中間同期ギア１１６と噛み合う第１偶数段同期ギア１１８を備える。本実施形態では、第１奇数段同期ギア１１４と第１偶数段同期ギア１１８の歯数が同じとなるように設定されているので、第１回転比は「ほぼ１」となる。従って第１同期クラッチ１１２を接続すると、この奇数段伝達軸４０と偶数段伝達軸７０が同じ速度で回転することになる。
【００４９】
第２同期ギア列１２０は、奇数段伝達軸４０と偶数段伝達軸７０の回転が第２回転比となるように、この奇数段伝達軸４０と偶数段伝達軸７０を選択的に結合する。具体的に第２同期ギア列１２０は、偶数段伝達軸７０に設けられる第２同期クラッチ１２２と、第２同期クラッチ１２２に連結される第２偶数段同期ギア１２４と、カウンタ軸９２に対して自由回転自在に設置され、且つ第２偶数段同期ギア１２４と噛み合う第２大径側中間同期ギア１２６Ａと、第２大径側中間同期ギア１２６Ａに同軸状に連結され、且つ第２大径側中間同期ギア１２６Ａよりも歯数の少ない第２小径側中間同期ギア１２６Ｂと、奇数段伝達軸４０に固定され、且つ第２小径側中間同期ギア１２６Ｂと噛み合う第２奇数段同期ギア１２８を備える。本実施形態では、第２回転比が第１回転比と異なるように設定されており、詳細に第２回転比は、第１速から第８速の「ほぼ段間比の二乗」に一致するようになっている。同期用変速機構は遊転(又は停止)している奇数段伝達軸(又は偶数段伝達軸)を同期回転数まで加速(又は減速)するが、慣性のみの加速(減速)となる為、容量の小さいギア、クラッチで構成され、コンパクトに配設することが可能である。なお、第１同期クラッチ１１２と第２同期クラッチ１２２は、回転差のある状態で結合するため、湿式多板クラッチが採用されている。
【００５０】
以上のように構成された変速機１の構成例として第１速から第８速の回転比は、正転と逆転を含めて次の表の通りとなる。
【表１】
2011152374.tif 000003
【００５１】
このことからも分かるように、本変速機１では、隣接する速度段の段間比が、１．２８〜１．３０（約１．２９程度）にほぼ一定に設定されている。また、この段間比（約１．２９）は、奇数段伝達ギア列３２の回転比（２．０６５）と偶数段伝達ギア列６２の回転比（１．６０９）の比率（１．２８３＝２．０６５／１．６０９）と略一致する。このようにすることで、本実施形態では、第１速と第２速の間、第３速と第４速の間、第５速と第６速の間、第７速と第８速の間において、カウンタ軸９２に出力するための出力側歯車を共有できるようになっている。
【００５２】
この出力側歯車を共有している段間（第１速と第２速の間、第３速と第４速の間、第５速と第６速の間、第７速と第８速の間）のシフトアップ時又はシフトダウン時の同期は、奇数段伝達軸４０と偶数段伝達軸７０の回転を一致させれば良い。そこで本実施形態では、同期用変速機構１００の第１同期ギア列１１０と結合する事によって、奇数段伝達軸４０と偶数段伝達軸７０の回転数を強制的に一致させる。この結果、機械的に同期を取りながらシフトアップ又はシフトダウンを行える。
【００５３】
一方、この出力側歯車を共有していない段間（第２速と第３速の間、第４速と第５速の間、第６速と第７速の間）のシフトアップ時又はシフトダウン時の同期は、奇数段伝達軸４０と偶数段伝達軸７０の回転比を上記段間比の二乗（（約１．２９）２＝約１．６４）の比で回転させれば良い。そこで本実施形態では、同期用変速機構１００の第２同期ギア列１２０と結合する事によって、奇数段伝達軸４０と偶数段伝達軸７０の回転比を強制的に段間比の二乗にする。この結果、機械的に同期を取りながらシフトアップ又はシフトダウンを実行できる。
【００５４】
即ち、第１速から第８速までの順番のシフトアップ又はシフトダウンでは、同期用変速機構１００の第１同期ギア列１１０と第２同期ギア列１２０を交互且つ選択的に結合していくことで、複雑な回転制御等を必要としないので、同期制御のために各軸にセンサー等も設置する必要はなく、同期クラッチの入・切操作のみで機械的に同期を取ることが可能となっている。
【００５５】
次に、本変速機１の変速動作について説明する。なお、ここでは、ディーゼルエンジン２によって入力軸１０を１０００ｍｉｎ−１で回転させている状態を想定する。
【００５６】
＜停止から第１速の駆動開始＞
【００５７】
図２に示されるように、まず、正逆選択メカニカルクラッチ９７を「正転結合状態」（逆転運転の場合は「逆転結合状態」）とし、且つ奇数段メカニカルクラッチ５０を「第１速結合状態」とした状態で、トルクコンバータの代わりに奇数段メインクラッチ３４を半クラッチ状態で滑らせながら次第に結合していき、入力軸１０の回転を、奇数段伝達ギア列３２を介して奇数段伝達軸４０に伝達する。これにより、奇数段伝達軸４０は約４８４ｍｉｎ−１で回転する。この奇数段伝達軸４０の回転は、第１速変速ギア列４１を介してカウンタ軸９２に伝達され、この結果、カウンタ軸９２は２５１ｍｉｎ−１で回転する。このカウンタ軸９２の回転は正転ギア列９６（逆転運転の場合は逆転ギア列９８）を介して出力軸９４に伝達される。
【００５８】
＜第１速運転中の第２速準備＞
【００５９】
第１速で走行している状態において、偶数段変速機構６０の第２速変速ギア列７２の入力歯車（偶数段伝達軸７０側の歯車）は第１速変速ギア列４１と同様に４８４ｍｉｎ−１で回転している。即ち、第２速変速ギア列７２の入力歯車と偶数段伝達軸７０で同期を取るためには、偶数段伝達軸７０を４８４ｍｉｎ−１で回転させれば良い。従って、図３に示されるように、同期用変速機構１００の第１同期ギア列１１０を結合させ、奇数段伝達軸４０と偶数段伝達軸７０の回転を強制的に等速（比率１）にする。この第１同期ギア列１１０の結合によって回転数が強制的に４８４ｍｉｎ−１前後に固定される。この結果、偶数段伝達軸７０と第２速変速ギア列７２の回転が同期するので、偶数段メカニカルクラッチ８０を結合して「第２速結合状態」とすることができる。これにより第２速へのシフトアップの準備が完了する。
【００６０】
＜第１速から第２速へのシフトアップ＞
【００６１】
第２速にシフトアップするには、図４に示されるように、第１同期ギア列１１０を開放すると共に、偶数段メインクラッチ６４を徐々に結合させる。この動作と同時に、奇数段メインクラッチ３４を「非結合状態」にして、奇数段伝達軸４０の回転がカウンタ軸９２に伝達されないようにする。これにより、偶数段伝達軸７０が、半クラッチ状態の４８４ｍｉｎ−１から６２２ｍｉｎ−１まで上昇し、カウンタ軸９２の回転が３２１ｍｉｎ−１まで上昇する。これにより、第２速へのシフトアップが完了する。第２速運転中に次のシフトの準備として、奇数段メカニカルクラッチ５０を「非結合状態」にしておく。
【００６２】
＜第２速運転中の第３速準備＞
【００６３】
第２速で走行している状態において、奇数段変速機構３０の第３速変速ギア列４３の入力歯車（奇数段伝達軸４０側の歯車）は、その回転比により３７１ｍｉｎ−１で回転している。即ち、第３速変速ギア列４３の入力歯車と奇数段伝達軸４０の同期を取るためには、奇数段伝達軸４０を３７１ｍｉｎ−１で回転させれば良い。従って、図５に示されるように、同期用変速機構１００の第２同期ギア列１２０を結合させ、奇数段伝達軸４０と偶数段伝達軸７０の回転を、上記段間比の二乗（約１．６４）の比で強制的に回転させる。この第２同期ギア列１２０の結合によって、奇数段伝達軸７０の回転は、偶数段伝達軸７０の回転数となる６２２ｍｉｎ−１を段間比の二乗で除した値となる３７１ｍｉｎ−１前後に固定される。この結果、奇数段伝達軸４０と第３速変速ギア列４３の回転が同期するので、奇数段メカニカルクラッチ５０を結合して「第３速結合状態」とすることができる。これにより第３速へのシフトアップの準備が完了する。
【００６４】
＜第２速から第３速へのシフトアップ＞
【００６５】
第３速にシフトアップするには、図６に示されるように、第２同期ギア列１２０を開放すると共に、奇数段メインクラッチ３４を徐々に結合させる。この動作と同時に、偶数段メインクラッチ６４を「非結合状態」にして、偶数段伝達軸７０の回転がカウンタ軸９２に伝達されないようにする。これにより、奇数段伝達軸４０が、半クラッチ状態の３７１ｍｉｎ−１から４８４ｍｉｎ−１まで上昇し、カウンタ軸９２の回転が４１８ｍｉｎ−１まで上昇する。これにより、第３速へのシフトアップが完了する。第３速運転中に次のシフトの準備として、偶数段メカニカルクラッチ８０を「非結合状態」にしておく。第４速以降のシフトアップも、第１同期ギア列１１０と第２同期ギア列１２０を交互に結合させて同期を取りながら、上記と同様に実行される。
【００６６】
＜第３速運転中の第２速準備＞
【００６７】
第３速運転から第２速運転にシフトダウンする場合は、その準備として、第２速変速ギア列７２を偶数段伝達軸７０に結合させる。具体的に、第３速運転中は、カウンタ軸９２の回転が４１８ｍｉｎ−１、奇数段伝達軸４０の回転が４８４ｍｉｎ−１であることから、偶数段変速機構６０の第２速変速ギア列７２の偶数段伝達軸７０側の歯車は、８０８ｍｉｎ−１で回転している。従って、図７に示されるように、同期用変速機構１００の第２同期ギア列１２０を結合させ、奇数段伝達軸４０と偶数段伝達軸７０の回転を、上記段間比の二乗（約１．６４）の比で強制的に回転させる。この結果、偶数段伝達軸７０の回転を８０３ｍｉｎ−１まで一時的に増大させることができるので、偶数段伝達軸７０と第２速変速ギア列７２の回転が略同期し、偶数段メカニカルクラッチ８０を結合して「第２速結合状態」とすることができる。これにより第２速へのシフトダウンの準備が完了する。
【００６８】
＜第３速から第２速へのシフトダウン＞
【００６９】
第２速にシフトダウンするには、図８に示されるように、第２同期ギア列１２０を開放しながら偶数段メインクラッチ６４を徐々に結合させる。この動作と同時に、奇数段メインクラッチ３４を「非結合状態」にして、奇数段伝達軸４０の回転がカウンタ軸９２に伝達されないようにする。これにより、偶数段伝達軸７０が８０３ｍｉｎ−１から６２２ｍｉｎ−１まで下降し、カウンタ軸９２の回転が３２１ｍｉｎ−１まで下降する。これにより、第２速へのシフトダウンが完了する。第２速運転中に次のシフトの準備として、奇数段メカニカルクラッチ５０を「非結合状態」にしておく。
【００７０】
＜第２速運転中の第１速準備＞
【００７１】
第２速運転から第１速運転にシフトダウンする場合は、その準備として、第１速変速ギア列４１を奇数段伝達軸４０に結合させる。具体的に、第２速運転中は、カウンタ軸９２の回転が３２１ｍｉｎ−１であって、且つ偶数段伝達軸７０の回転が６２２ｍｉｎ−１であることから、第１速変速ギア列４１の奇数段伝達軸４０側の歯車も６２２ｍｉｎ−１で回転している。従って、図９に示されるように、同期用変速機構１００の第１同期ギア列１１０を結合させ、奇数段伝達軸４０と偶数段伝達軸７０の回転を強制的に一致させる。これにより奇数段伝達軸４０の回転が６２２ｍｉｎ−１となり、奇数段伝達軸４０と第１速変速ギア列４１の回転が略同期する。この結果、奇数段メカニカルクラッチ５０を結合して「第１速結合状態」とすることができる。これにより第１速へのシフトダウンの準備が完了する。
【００７２】
＜第２速から第１速へのシフトダウン＞
【００７３】
第１速にシフトダウンするには、図１０に示されるように、第１同期ギア列１１０を開放しながら、奇数段メインクラッチ３４を徐々に結合させる。この動作と同時に、偶数段メインクラッチ６４を「非結合状態」にして、偶数段伝達軸７０の回転がカウンタ軸９２に伝達されないようにする。これにより、奇数段伝達軸４０が６２２ｍｉｎ−１から４８４ｍｉｎ−１まで下降し、カウンタ軸９２の回転が２５１ｍｉｎ−１まで下降する。これにより、第１速へのシフトダウンが完了する。第１速運転中に次のシフトの準備として、偶数段メカニカルクラッチ８０を「非結合状態」にしておく。
【００７４】
以上、第１実施形態の変速機１では、奇数段変速機構３０、偶数段変速機構６０及び同期用変速機構１００を備えている。この結果、隣接する変速段への変速準備を行う際に、同期用変速機構１００の同期ギア列と、この同期ギア列を選択的に結合する同期クラッチを利用することで、奇数段伝達軸４０と偶数段伝達軸７０の回転を機械的に同期させることが可能となり、安定したシフトアップ又はシフトダウンを行うことができる。従って、半クラッチ状態や同期用ブレーキによる制動等を併用した複雑な制御を行わなくても、同期ギア列の結合によって奇数段伝達軸４０と偶数段伝達軸７０の同期がとれ、メカニカルクラッチを利用して変速ギア列を結合する事が可能となる。メカニカルクラッチは、湿式多板クラッチと較べて、非結合時の空転ロスが格段に少ないため、運転時の伝達効率が大幅に高められる。
【００７５】
例えば本変速機１では、シフトアップ時において、同期用変速機構１００によって、準備側の伝達軸４０、７０の回転を、本来の回転数よりも一時的に減速制御して変速ギア列と同期させ、メカニカルクラッチによって伝達軸４０、７０と変速ギア列を結合する。その後は、伝達軸４０、７０を本来の回転数まで上昇させることでシフトアップを完了させる。一方、シフトダウン時においては、同期用変速機構１００によって、準備側の伝達軸４０、７０の回転を一時的に増速して変速ギア列と同期させ、メカニカルクラッチによって伝達軸４０、７０と変速ギア列を結合する。その後は、メインクラッチ３４、３６に結合状態を移行させることで、シフトダウンを完了させる。
【００７６】
上記説明から分かるとおり、本変速機１では、同期ギア列を選択的に結合させるだけで変速準備ができるので、シフトアップ時とシフトダウン時において同期動作も殆ど同様にすることができる。この結果、変速機１の構造や制御が簡潔となり、更に、変速機１をコンパクトに構成することが可能になる。特にダウンシフト時においては、同期用変速機構１００における同期ギア列の結合によって、伝達軸４０、７０の回転数を一時的に上昇させるので、ディーゼルエンジン２を回転数を一時的に上昇させて同期させる必要が無くなり、ディーゼルエンジン２の騒音が低減される。また、ディーゼルエンジン２や変速機１の耐久性や燃費を相乗的に向上させることができる。
【００７７】
また、本変速機１では、第１速と第２速の間、第３速と第４速の間、第５速と第６速の間、第７速と第８速の間は、第１同期ギア列１１０を利用して変速を行い、第２速と第３速の間、第４速と第５速の間、第６速と第７速の間は、第２同期ギア列１２０を利用して変速を行う。このように２つの同期ギア列１１０、１２０を交互に利用することで、同期ギア列１１０、１２０の負担を分散することができる。また、第１回転比と第２回転比を組み合わせて同期動作を行うことができるので、奇数段変速機構３０と偶数段変速機構６０の速度段数が増加してもそのまま使用でき、ギア比選定の自由度を高めることが可能となる。
【００７８】
更に本変速機１では、例えば、第１速変速ギア列４１と第２速変速ギア列７２のように、隣接する変速ギア列間のギア比を略一致させている。この結果、第１速変速ギア列４１と第２速変速ギア列７２の間で同じ歯車を用いたり、カウンタ軸９２の歯車を共用したりすることが可能になる。歯車の共用化によって、本変速機１は８段構成であるにもかかわらず、軸方向サイズは実質的に４段レベルとなり、変速機１を大幅に小型化することも可能となっている。
【００７９】
また、表１で既に説明したように、本変速機１では、第１速〜第８速までの段間比が略１．２９に統一されている。この結果、同期用変速機構１００で同期を取らなければならない回転比の種類が少なくて済む（ここでは第１回転比と第２回転比の２種類で済む）ので、構造を簡潔化できる。例えば、従来のメカニカルトランスミッションでは、各速度段にシンクロメッシュ等の同期装置を設ける必要があったが、本変速機１では、同期用変速機構１００によって、全ての変速時の同期制御を行うことができる。この結果、変速機の構造の簡素化とコンパクト化が可能となっている。
【００８０】
また、同期用変速機構の同期ギア列に、飛び越し変速用回転比を追加することも好ましい。このようにすると、飛び越し変速操作も可能となり、速度段数の多い変速機では、変速制御時間の短縮に有効な手段となる。
【００８１】
特に本実施形態では、奇数段伝達軸４０に対する偶数段伝達軸７０の回転比、即ち、奇数段伝達ギア列３２の回転比と偶数段伝達ギア列６２の回転比の割合（比率）が、この段間比１．２９と略一致させている。この結果、既述のとおり、例えば、第１速変速ギア列４１と第２速変速ギア列７２のギア比のように、隣接する変速段の変速ギア列のギア比を略一致させることができる。これは、奇数段伝達ギア列３２と偶数段伝達ギア列６２の回転比（段間比に等しい）によって、目的の段間比を確保できるからである。従って、奇数段変速機構３０と偶数段変速機構６０において変速ギア列のギア比が略一致する段間（第１速と第２速の間、第３速と第４速の間、第５速と第６速の間、第７速と第８速の間）は、第１回転比が「ほぼ１」に設定される第１同期ギア列１１０によって同期制御を行うことができる。
【００８２】
一方で、第２速変速ギア列７２と第３速変速ギア列４３のギア比の比率は、段間比（１．２９）の略二乗（１．６６）に設定される。従って、これらの段間（第２速と第３速の間、第４速と第５速の間、第６速と第７速の間）は、第２回転比が「段間比の二乗」に設定される第２同期ギア列１２０によって同期制御を行うことができる。
【００８３】
また、本変速機１では、トルクコンバータを用いる必要が無くなるので、低速運転時のトルクコンバータによる伝達ロスを回避して、伝達効率を高めることが可能となる。また、トルクコンバータの場合、高速運転時にロックアップさせても、コンバータ内部の油が羽に衝突して内部ロスが生じるが、本変速機１はそもそもトルクコンバータが不要となるので、高速運転中の伝達効率を高めることが可能となる。また、変速機１内の設けられる湿式多板クラッチが４カ所（メインクラッチ３４、６４、および小容量の第１、第２同期クラッチ１１２、１２２）で済むと同時に、容量の大きいメインクラッチは、クラッチが仮に「非結合状態」となっていても、相対回転差が小さいので、空転ロスを小さくすることが可能となる。この結果、伝達効率を更に高めることが可能となる。更に湿式多板クラッチの発熱も抑制されるので、油を冷却するためのラジエターを不要にすることもできる。これは、各湿式多板クラッチの耐久性の向上にもつながる。
【００８４】
以上、本第１実施形態の変速機１では、正転と逆転を切り替える機構が、出力機構９０に設けられる場合を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１１に示される変速機１では、入力軸１０側に正転と逆転を切り替える機構が組み込まれている。具体的に、この変速機１は、入力軸１０に同軸状態で配置される奇数段伝達ギア列３２Ａ及び偶数段伝達ギア列６２Ａと、入力軸１０に同軸上に配置される逆転側メイン歯車２５と、入力軸１０上に配置される正逆選択メカニカルクラッチ２４を備える。この正逆選択メカニカルクラッチ２４は、入力軸１０に対して奇数段伝達ギア列３２Ａ及び偶数段伝達ギア列６２Ａを結合する「正転状態」と、入力軸１０に対して逆転側メイン歯車２５を結合する「逆転状態」を選定できる。
【００８５】
更にこの変速機１では、逆転側メイン歯車２５と噛み合う奇数段第１アイドラ歯車２３Ａと、この奇数段アイドラ歯車２３Ａと同軸状態で一緒に回転し、且つ奇数段伝達ギア列３２と噛み合う奇数段第２アイドラ歯車２３Ｂを備える。更にこの変速機１では、逆転側メイン歯車２５と噛み合う偶数段第１アイドラ歯車２６Ａと、この偶数段第１アイドラ歯車２６と同軸状態で一緒に回転し、且つ偶数段伝達ギア列６２と噛み合う偶数段第２アイドラ歯車２６Ｂを備える。
【００８６】
従って、図１２に示されるように、「正転状態」の場合、入力軸１０の回転が、奇数段伝達ギア列３２Ａを介して奇数段メインクラッチ３４に伝達され、また偶数段伝達ギア列６２Ａを介して偶数段メインクラッチ６４に伝達される。
【００８７】
一方、図１３に示されるように「逆転状態」の場合、入力軸１０の回転が、逆転側メイン歯車２５、奇数段第１アイドラ歯車２３Ａ、奇数段第２アイドラ歯車２３Ｂ及び奇数段伝達ギア列３２Ａを経て奇数段メインクラッチ３４に伝達される。同様に、入力軸１０の回転が、逆転側メイン歯車２５、偶数段第１アイドラ歯車２６、偶数段第２アイドラ歯車２６Ｂ及び奇数段同期ギア列２２を経て奇数段同期クラッチ３８に伝達される。
【００８８】
この変速機１ように、入力側に正転と逆転を選択可能な機構を組み込むことで、入力軸１０と出力機構９０の出力軸９２を同軸状態に配置することが容易となる。
【００８９】
なお、正転、逆転の切替操作は車両が停車状態で行われるが、本実施形態においては、エンジンと直結される入力軸上に正逆選択メカニカルクラッチを配置しているので、エンジンを一旦停止して切替操作を行う必要がある。
【００９０】
図１４及び図１５には、図１１で説明した変速機１に対して、エンジンを運転した状態において正転・逆転の切替を行うことを実現する正逆切替同期機構３５０を更に設ける場合を示す。正逆切替同期機構３５０は、入力軸１０に配置される正逆切替同期ギア３８１と、偶数段第１アイドラ歯車２６Ａ側に配置される正転同期クラッチ３６１及び正転同期ギア３８３と、奇数段第１アイドラ歯車２３Ａ側に配置される逆転同期クラッチ３６２及び逆転同期ギア３８６と、正逆切替同期ギア３８１と正転同期ギア３８３の間に介在する中間アイドラギア３８２を備える。
【００９１】
正逆切替同期ギア３８１は入力軸１０に結合され、入力軸１０から同期用動力を取り出す。正転同期ギア３８３は、中間アイドラギア３８２を介して正逆切替同期ギア３８１と噛み合い、正転用同期動力を取り出す。この正転用同期動力は、正転同期クラッチ３６１を介して偶数段第１アイドラ歯車２６Ａ側に伝達される。逆転同期ギア３８６は正逆切替同期ギア３８１と噛み合い、正転用同期動力と反対回転となる逆転用同期動力を取り出す。この逆転用同期動力は、逆転同期クラッチ３６２を介して奇数段第１アイドラ歯車２３Ａ側に伝達される。
【００９２】
車両が停車状態でエンジンを運転したまま、正逆選択メカニカルクラッチ２４を「正転結合状態」に切り換える場合は、図１４に示されるように、正転同期クラッチ３６１を結合して正転用同期動力を取り出し、この動力を、偶数段第２アイドラ歯車２６Ｂを介して偶数段伝達ギア列６２Ａに伝達する。結果、偶数段伝達ギア列６２Ａと入力軸１０を同期させることができるので、正逆選択メカニカルクラッチ２４を「正転結合状態」に切り換えることができる。なお、正逆選択メカニカルクラッチ２４の結合が完了したら、正転同期クラッチ３６１を開放する。
【００９３】
車両が停車状態でエンジンを運転したまま、正逆選択メカニカルクラッチ２４を「逆転結合状態」に切り換える場合は、図１５に示されるように、逆転同期クラッチ３６２を結合して逆転用同期動力を取り出し、この動力を、奇数段第１アイドラ歯車２３Ａを介して逆転側メイン歯車２５に伝達する。結果、逆転側メイン歯車２５と入力軸１０を同期させることができるので、正逆選択メカニカルクラッチ２４を「逆転結合状態」に切り換えることができる。なお、逆転選択メカニカルクラッチ２４の結合が完了したら、逆転同期クラッチ３６２を開放する。  以上のように、正逆切替同期機構３５０を設けることで、エンジンを停止させることなく、正転・逆転の切替を行うことが可能になる。
【００９４】
次に、図１６以降を参照して、気動車に搭載される際に好適な、本発明の第２実施形態の変速機５０１を詳細に説明する。なお、この変速機５０１では、出力軸が第１方向に回転する場合を前進、第２方向に回転する場合を後進と定義する。更に、この変速機５０１における奇数段変速機構は、前進時において奇数段の変速を行うが、後進時では偶数段の変速を行う。同様に、この変速機５０１における偶数段変速機構は、前進時において偶数段の変速を行うが、後進時では奇数段の変速を行う。従って、説明の便宜上、前進時における「奇数段」及び「偶数段」を各部品・部材の名称として採用する。また、説明の便宜上、前進時における「奇数段」に設置している変速ギア列、変速ギアメカニカルクラッチについては、「第１群」変速ギア列及び「第１群」変速ギアメカニカルクラッチと称する場合がある。同様に、前進時における「偶数段」に設置している変速ギア列、変速ギアメカニカルクラッチについては、「第２群」変速ギア列、「第２群」変速ギアメカニカルクラッチと称する場合がある。
【００９５】
本変速機５０１は、気動車に搭載されるものであって、エンジン５１０の動力（以下、エンジントルクともいう）が入力される入力軸５０２と、奇数段及び偶数段伝達軸５０３，５０４と、気動車の車輪に動力を出力する出力軸５０５とを備えている。
【００９６】
入力軸５０２には、奇数段および偶数段の２つのメインクラッチ５１１，５１２が配置されている。そして、奇数段メインクラッチ５１１の出力側には奇数段入力ギア５２１が配置され、偶数段メインクラッチ５１２の出力側には偶数段入力ギア５２２が配置されている。
【００９７】
奇数段伝達軸５０３には、奇数段入力ギア５２１と噛み合う奇数段伝達ギア５３１と、奇数段逆転伝達ギア５５２が回転自在に配置される。奇数段逆転伝達ギア５５２は、奇数段逆転アイドラ軸５４２ａに設けられる奇数段逆転アイドラギア５４２を介して偶数段入力ギア５２２と噛み合う。奇数段入力ギア５２１と奇数段伝達ギア５３１によって奇数段伝達ギア列が構成される。また、奇数段逆転伝達ギア５５２、奇数段逆転アイドラギア５４２及び偶数段入力ギア５２２によって奇数段逆転伝達ギア列が構成される。
【００９８】
同様に、偶数段伝達軸５０４には、偶数段入力ギア５２２と噛み合う偶数段伝達ギア５３２と、偶数段逆転伝達ギア５５１が回転自在に配置される。偶数段逆転伝達ギア５５１は、偶数段逆転アイドラ軸５４１ａに設けられる偶数段逆転アイドラギア５４１を介して奇数段入力ギア５２１と噛み合う。偶数段入力ギア５２２と偶数段伝達ギア５３２によって偶数段伝達ギア列が構成される。また、偶数段逆転伝達ギア５５１、偶数段逆転アイドラギア５４１及び奇数段入力ギア５２１によって偶数段逆転伝達ギア列が構成される。
【００９９】
このように、奇数段入力ギア５２１が偶数段伝達軸５０４の逆転用途に共用され、偶数段入力ギア５２２が奇数段伝達軸５０３の逆転用途に共用されることで、変速機５０１の軸方向の長さが大幅に短縮される。
【０１００】
また、奇数段伝達軸５０３には、奇数段伝達ギア５３１または奇数段逆転伝達ギア５５２と、この奇数段伝達軸５０３とを選択的に結合する奇数段正逆切替メカニカルクラッチ５６１が配置されている。
【０１０１】
同様に、偶数段伝達軸５０４には、偶数段伝達ギア５３２または偶数段逆転伝達ギア５５１と、この偶数段伝達軸５０４とを選択的に結合する偶数段正逆切替メカニカルクラッチ５６２が配置されている。
【０１０２】
さらに、奇数段伝達軸５０３には、入力軸５０２から動力が伝達され出力軸５０５にその動力を伝達する第１群変速ギア列５７１，５７３，５７５，５７７が回転自在に配置されているとともに、第１群変速ギア列５７１，５７３，５７５，５７７と奇数段伝達軸５０３とを選択的に結合する第１群変速ギアメカニカルクラッチ５８１，５８３が配置されている。
【０１０３】
詳しくは、第１群変速ギア列５７１，５７３，５７５，５７７は、前進時には奇数段ギア列として機能し、後進時には偶数段ギア列として機能するギア列であって、エンジン５１０側から低速ギア→高速ギア（前進時で１速ギア→３速ギア→５速ギア→７速ギア、後進時で２速ギア→４速ギア→６速ギア→８速ギア）の順に並んでいる。
【０１０４】
また、変速ギアメカニカルクラッチ５８１は、奇数段伝達軸５０３において、変速ギア５７１および変速ギア５７３の間に配置され、変速ギアメカニカルクラッチ５８３は、奇数段伝達軸５０３において変速ギア５７５および変速ギア５７７の間に配置されている。
【０１０５】
そして、第１群変速ギアメカニカルクラッチ５８１，５８３はそれぞれ、奇数段伝達軸５０３に設けられたスプライン上をシフトするスリーブの爪が第１群変速ギア列５７１，５７３，５７５，５７７のギアそれぞれに設けられた爪５７１ａ，５７３ａ，５７５ａ，５７７ａに噛み合うことで係合・開放するようになっている。
【０１０６】
同様に、偶数段伝達軸５０４には、入力軸５０２から動力が伝達され出力軸５０５にその動力を伝達する第２群変速ギア列５７２，５７４，５７６，５７８が回転自在に配置されているとともに、第２群変速ギア列５７２，５７４，５７６，５７８と偶数段伝達軸５０４とを選択的に結合する第２群変速ギアメカニカルクラッチ５８２，５８４が配置されている。
【０１０７】
詳しくは、第２群変速ギア列５７２，５７４，５７６，５７８は、前進時には偶数段ギア列として機能し、後進時には奇数段ギア列として機能するギア列であって、エンジン５１０側から低速ギア→高速ギア（前進時で２速ギア→４速ギア→６速ギア→８速ギア、後進時で１速ギア→３速ギア→５速ギア→７速ギア）の順に並んでいる。
【０１０８】
また、変速ギアメカニカルクラッチ５８２は、偶数段伝達軸５０４において変速ギア５７２および変速ギア５７４の間に配置され、変速ギアメカニカルクラッチ５８４は、偶数段伝達軸５０４において変速ギア５７６および変速ギア５７８の間に配置されている。
【０１０９】
そして、第２群変速ギアメカニカルクラッチ５８２，５８４はそれぞれ、偶数段伝達軸５０４に設けられたスプライン上をシフトするスリーブの爪が第２群変速ギア列５７２，５７４，５７６，５７８のギアそれぞれに設けられた爪５７２ａ，５７４ａ，５７６ａ，５７８ａに噛み合うことで係合・開放するようになっている。
【０１１０】
出力軸５０５には、変速ギア５７１および変速ギア５７２の両方に噛み合う第１出力ギア５９１と、変速ギア５７３および変速ギア５７４の両方に噛み合う第２出力ギア５９２と、変速ギア５７５および変速ギア５７６の両方に噛み合う第３出力ギア５９３と、変速ギア５７７および変速ギア５７８の両方に噛み合う第４出力ギア５９４と、が出力軸５０５に固定された状態で配置されている。
【０１１１】
同じ出力ギア５９１〜５９４に噛み合う変速ギア５７１〜５７８同士、すなわち、第１出力ギア５９１に噛み合う変速ギア５７１と変速ギア５７２、第２出力ギア５９２に噛み合う変速ギア５７３と変速ギア５７４、第３出力ギア５９３に噛み合う変速ギア５７５と変速ギア５７６、第４出力ギア５９４に噛み合う変速ギア５７７と変速ギア５７８はそれぞれ同じ歯数に設計され、第１群変速段と第２群変速段の変速比が同一となっている。
【０１１２】
以上の奇数段メインクラッチ５１１、奇数段伝達軸５０３、奇数段伝達ギア列、奇数段逆転伝達ギア列、奇数段正逆切替メカニカルクラッチ５６１、第２群変速ギア列などによって、奇数段変速機構が構成される。
【０１１３】
また、偶数段メインクラッチ５１２、偶数段伝達軸５０４、偶数段伝達ギア列、偶数段逆転伝達ギア列、偶数段正逆切替メカニカルクラッチ５６２、第２群変速ギア列などによって、偶数段変速機構が構成される。
【０１１４】
＜各ギアの歯数＞
【０１１５】
即ち、本第２実施形態では、第１実施形態と同様に、各ギアの歯数は以下のように設定されている。奇数段入力ギア５２１は３１、偶数段入力ギア５２２は４６、奇数段伝達ギア５３１および偶数段逆転伝達ギア５５１は６４、偶数段伝達ギア５３２および奇数段逆転伝達ギア５５２は７４、変速ギア５７１および変速ギア５７２は３０、変速ギア５７３および変速ギア５７４は５１、変速ギア５７５および変速ギア５７６は６５、変速ギア５７７および変速ギア５７８は７７、第１出力ギア５９１は５８、第２出力ギア５９２は５９、第３出力ギア５９３は４５、第４出力ギア５９４は３２となる。
【０１１６】
＜変速比および段間比＞
【０１１７】
したがって、奇数段正逆切替メカニカルクラッチ５６１を奇数段伝達ギア５３１に締結させ、第１変速ギアメカニカルクラッチ５８１を変速ギア５７１に締結させて奇数段メインクラッチ５１１を締結すると「１速」状態になり、エンジン５１０からみた変速比が（64/31×58/30）＝3.991となる。
【０１１８】
偶数段正逆切替メカニカルクラッチ５６２を偶数段伝達ギア５３２に締結させ、第２変速ギアメカニカルクラッチ５８２を変速ギア５７２に締結させて偶数段メインクラッチ５１２を締結すると「２速」状態になり、エンジン５１０からみた変速比が（74/46×58/30）＝3.110となる。１速と２速の段間比は「1.283」である。
【０１１９】
奇数段正逆切替メカニカルクラッチ５６１を奇数段伝達ギア５３１に締結させ、第１変速ギアメカニカルクラッチ５８１を変速ギア５７３に締結させて奇数段メインクラッチ５１１を締結すると「３速」状態になり、エンジン５１０からみた変速比が（64/31×59/51）＝2.388となる。２速と３速の段間比は「1.302」である。
【０１２０】
偶数段正逆切替メカニカルクラッチ５６２を偶数段伝達ギア５３２に締結させ、第２変速ギアメカニカルクラッチ５８２を変速ギア５７４に締結させて偶数段メインクラッチ５１２を締結すると「４速」状態になり、エンジン５１０からみた変速比が（74/46×59/51）＝1.861となる。３速と４速の段間比は「1.283」である。
【０１２１】
奇数段正逆切替メカニカルクラッチ５６１を奇数段伝達ギア５３１に締結させ、第３変速ギアメカニカルクラッチ５８３を変速ギア５７５に締結させて奇数段メインクラッチ５１１を締結すると「５速」状態になり、エンジン５１０からみた変速比が（64/31×45/65）＝1.429となる。４速と５速の段間比は「1.302」である。
【０１２２】
偶数段正逆切替メカニカルクラッチ５６２を偶数段伝達ギア５３２に締結させ、第４変速ギアメカニカルクラッチ５８４を変速ギア５７６に締結させて偶数段メインクラッチ５１２を締結すると「６速」状態になり、エンジン５１０からみた変速比が（74/46×45/65）＝1.114となる。５速と６速の段間比は「1.283」である。
【０１２３】
奇数段正逆切替メカニカルクラッチ５６１を奇数段伝達ギア５３１に締結させ、第３変速ギアメカニカルクラッチ５８３を変速ギア５７７に締結させて奇数段メインクラッチ５１１を締結すると「７速」状態になり、エンジン５１０からみた変速比が（64/31×32/77）＝0.858となる。６速と７速の段間比は「1.298」である。
【０１２４】
偶数段正逆切替メカニカルクラッチ５６２を偶数段伝達ギア５３２に締結させ、第４変速ギアメカニカルクラッチ５８４を変速ギア５７８に締結させて偶数段メインクラッチ５１２を締結すると「８速」状態になり、エンジン５１０からみた変速比が（74/46×32/77）＝0.669となる。７速と８速の段間比は「1.283」である。
【０１２５】
すなわち、段間比は1.283乃至1.302であり、本実施形態ではほぼ「1.29」程度の等比的に設計されている。
【０１２６】
このように奇数段及び偶数段正逆切替メカニカルクラッチ５６１，５６２を、前進用の奇数段および偶数段伝達ギア５３１，５３２に締結した状態においては、第１群変速段は奇数変速段として動作し、第２群変速段は偶数段変速段として動作する。
【０１２７】
反対に、奇数段および偶数段正逆切替メカニカルクラッチ５６１，５６２を、後進用の奇数段及び偶数段逆転伝達ギア５５１，５５２に締結した状態においては、役割が逆転し、第１群変速段は偶数変速段として動作し、第２群変速段は奇数段変速段として動作する。
【０１２８】
すなわち、前進時においては、奇数段伝達ギア５３１と変速ギア５７１の組合せが「１速」状態、偶数段伝達ギア５３２と変速ギア５７２の組合せが「２速」状態、奇数段伝達ギア５３１と変速ギア５７３の組合せが「３速」状態、偶数段伝達ギア５３２と変速ギア５７４の組合せが「４速」状態、奇数段伝達ギア５３１と変速ギア５７５の組合せが「５速」状態、偶数段伝達ギア５３２と変速ギア５７６の組合せが「６速」状態、奇数段伝達ギア５３１と変速ギア５７７の組合せが「７速」状態、偶数段伝達ギア５３２と変速ギア５７８の組合せが「８速」状態になる。
【０１２９】
また、後進時においては、偶数段逆転伝達ギア５５１と変速ギア５７２の組合せが「１速」状態、奇数段逆転伝達ギア５５２と変速ギア５７１の組合せが「２速」状態、偶数段逆転伝達ギア５５１と変速ギア５７４の組合せが「３速」状態、奇数段逆転伝達ギア５５２と変速ギア５７３の組合せが「４速」状態、偶数段逆転伝達ギア５５１と変速ギア５７６の組合せが「５速」状態、奇数段逆転伝達ギア５５２と変速ギア５７５の組合せが「６速」状態、偶数段逆転伝達ギア５５１と変速ギア５７８の組合せが「７速」状態、奇数段逆転伝達ギア５５２と変速ギア５７７の組合せが「８速」状態になる。
【０１３０】
このとき、前進用の奇数段及び偶数段伝達ギア５３１，５３２と、後進用の偶数段及び奇数段逆転伝達ギア５５１，５５２の歯数が対称的に同じであり、且つ、第１群変速段の変速ギア５７１，５７３，５７５，５７７と第２群変速段の変速ギア５７２，５７４，５７６，５７８も歯数が対称的に同じになるように設計されているので、前後進で全く同じ変速比で走行することが可能になっている。
【０１３１】
ここで、前後進の切り替えは車両が停車中に行われる。しかし本実施形態においては、エンジン５１０が回転したままの状態では、奇数段及び偶数段メインクラッチ５１１，５１２の双方を開放状態にしても、引き摺り摩擦により各伝達ギア５３１，５３２，５５１，５５２は回転する。引き摺り摩擦による回転及び伝達されるトルクが小さい場合は、それら伝達ギア５３１，５３２，５５１，５５２の爪に、正逆切替メカニカルクラッチ５６１，５６２を嵌合させることは可能である。一方、引き摺り摩擦による回転及び伝達されるトルクが大きくなる場合は、エンジン回転数の調整などの操作を必要とする。なお、確実な前後進の切り替えに方法については、後で図２５を用いて詳述する。
【０１３２】
一方、変速ギア５７１〜５７８の切り替えは走行中に行われるので、変速ギアメカニカルクラッチ５８１〜５８４については次段のクラッチの爪の回転差が大きく、強制的に同期させなければ噛み合わせることが難しい状態となっている。
【０１３３】
＜変速同期機構＞
【０１３４】
この変速ギア５７１〜５７８の同期を達成するために、図１６に示すように、奇数段伝達軸５０３と偶数段伝達軸５０４の間に変速同期機構６００が設けられている。
【０１３５】
変速同期機構６００は、第１〜第３の変速同期クラッチ６０１〜６０３と、第１〜第３の変速同期中間軸６１１〜６１３と、第１〜第１０の変速同期ギア６２１〜６３０とを備えている。そして、第１〜第３の変速同期クラッチ６０１〜６０３の何れかが締結されると、奇数段伝達軸５０３と偶数段伝達軸５０４の回転比が所定の値に強制的に維持されるように設計されている。
【０１３６】
本実施形態では、奇数段伝達軸５０３を基準とした偶数段伝達軸５０４の回転比として、第１回転比、第２回転比および第３回転比が設定されている。第１回転比は１乃至ほぼ１、第２回転比は隣接する変速段の段間比の２乗乃至ほぼ２乗、第３回転比は隣接する変速段の段間比の２乗の逆数乃至ほぼ２乗の逆数に設定されている。即ち、偶数段伝達軸５０４を基準とした奇数段伝達軸５０３の回転比で考えると、第３回転比も段間比の２乗乃至ほぼ２乗に設定されていることになる。
【０１３７】
第１回転比は、同じ出力ギアを共有する同じ歯数の変速ギアへの変速に用いられる。具体的には、前進時および後進時の奇数段から偶数段へのシフトアップ、前進時および後進時の偶数段から奇数段へのシフトダウンに用いられる。
【０１３８】
第２回転比は、前進時において、出力ギアを共有せずに、隣接する出力ギア側となる上段側又は下段側への変速ギアへの変速に用いられる。具体的には、前進時における偶数段（第２群変速段）から奇数段（第１群変速段）へのシフトアップ、又は前進時における奇数段（第１群変速段）から偶数段（第２群変速段）へのシフトダウンに用いられる。
【０１３９】
第３回転比は、後進時において、出力ギアを共有せずに、隣接する出力ギア側となる上段側又は下段側への変速ギアへの変速に用いられる。具体的には、後進時における偶数段（第１群変速段）から奇数段（第２群変速段）へのシフトアップ、又は後進時における奇数段（第２群変速段）から偶数段（第１群変速段）へのシフトダウンに用いられる。
【０１４０】
詳しくは、第１変速同期クラッチ６０１は第１変速同期中間軸６１１上に設けられており、第１変速同期クラッチ６０１が締結されると、動力が変速同期ギア６２１→変速同期ギア６２２→変速同期ギア６２３を介して奇数段伝達軸５０３から第１変速同期中間軸６１１に伝達され、さらに、変速同期ギア６２８→変速同期ギア６２９→変速同期ギア６３０を介して第１変速同期中間軸６１１から偶数段伝達軸５０４に伝達される（図１９の細い破線参照）。あるいはこの逆向きに、動力が偶数段伝達軸５０４から奇数段伝達軸５０３に伝達される。このとき、奇数段伝達軸５０３と偶数段伝達軸５０４の回転比が第１回転比となるように各変速同期ギア６２１〜６３０の歯数が設計されている。
【０１４１】
第２変速同期クラッチ６０２は第２変速同期中間軸６１２上に設けられており、第２変速同期クラッチ６０２が締結されると、動力が変速同期ギア６２１→変速同期ギア６２２を介して奇数段伝達軸５０３から第２変速同期中間軸６１２に伝達され、さらに、変速同期ギア６２７→変速同期ギア６２８→変速同期ギア６２９→変速同期ギア６３０を介して第２変速同期中間軸６１２から偶数段伝達軸５０４に伝達される。あるいはこの逆向きに、動力が偶数段伝達軸５０４から奇数段伝達軸５０３に伝達される（図２１の細い破線参照）。このとき、奇数段伝達軸５０３と偶数段伝達軸５０４の回転比が第２回転比となるように各変速同期ギア６２１〜６３０の歯数が設計されている。
【０１４２】
第３変速同期クラッチ６０３は第３変速同期中間軸６１３上に設けられており、第３変速同期クラッチ６０３が締結されると、動力が変速同期ギア６２１→変速同期ギア６２２→変速同期ギア６２３→変速同期ギア６２４を介して奇数段伝達軸５０３から第３変速同期中間軸６１３に伝達され、さらに、変速同期ギア６２５→変速同期ギア６２６を介して第３変速同期中間軸６１３から偶数段伝達軸５０４に伝達される。あるいはこの逆向きに、動力が偶数段伝達軸５０４から奇数段伝達軸５０３に伝達される（図２３の細い破線参照）。このとき、奇数段伝達軸５０３と偶数段伝達軸５０４の回転比が第３回転比となるように各変速同期ギア６２１〜６３０の歯数が設計されている。
【０１４３】
このような設計により、遊転または停止している奇数段伝達軸５０３あるいは偶数段伝達軸５０４を同期回転数まで減速または加速することが可能となっている。なお、第１〜第３の変速同期クラッチ６０１〜６０３はそれぞれ、湿式多板クラッチで構成されていることが好ましい。
【０１４４】
なお、本変速機５０１は、図２５に示すような、制動力を利用した前後進切替同期機構６９０を備えても良い。この前後進切替同期機構６９０は、奇数段伝達ギア５３１および偶数段逆転伝達ギア５５１用のブレーキ装置６９１と、そのブレーキシュー６９２と、偶数段伝達ギア５３２および奇数段逆転伝達ギア５５２用のブレーキ装置６９３と、そのブレーキシュー６９４と、ブレーキドラム５５１ｂ，５５２ｂとを備えて構成されている。
【０１４５】
奇数段伝達ギア５３１および偶数段逆転伝達ギア５５１に対しては、偶数段逆転伝達ギア５５１に一体に設けられたブレーキドラム５５１ｂにブレーキシュー６９２を押し当てることで制動力が発生し、同様に、偶数段伝達ギア５３２および奇数段逆転伝達ギア５５２に対しては、奇数段逆転伝達ギア５５２に一体に設けられたブレーキドラム５５２ｂにブレーキシュー６９４を押し当てることで制動力が発生するようになっている。
【０１４６】
このような構成において、前進および後進の切り替え時には、適宜の大きさの制動力を発生させることで、開放状態にしてある奇数段及び偶数段メインクラッチ５１１，５１２の引き摺り摩擦により回転している各伝達ギア５３１，５３２，５５１，５５２を停止させ、停止状態にある奇数段及び偶数段正逆切替メカニカルクラッチ５６１，５６２を結合させて、正転・逆転の切替をする。
【０１４７】
＜制御システム＞
【０１４８】
図１７に、本変速機５０１の制御システムを示す。制御システムは制御部７００を備えて構成されており、制御部７００には、気動車の運転台のマスターコントローラ７０１から入力される情報（前後進指令信号ＳＦ／Ｂおよびノッチ指令信号ＳＮ）に加えて、入力軸５０２、奇数段伝達軸５０３、偶数段伝達軸５０４および出力軸５０５のそれぞれに設けられた回転センサ７０２〜７０５の検出した情報（各軸５０２〜５０５の回転数信号ＳＲ２〜ＳＲ５）が入力されるようになっている。
【０１４９】
そして、制御部７００は、入力された上記情報に基づいて、変速ギア切替シフトアクチュエータ７１１〜７１４と、前後進切替シフトアクチュエータ７２１，７２２と、リニアソレノイド弁７３１，７３２とを制御電流（制御信号）を出力することで制御する。
【０１５０】
変速ギア切替シフトアクチュエータ７１１〜７１４は、変速ギアメカニカルクラッチ５８１〜５８４をスライドさせる駆動手段である。第１変速ギア切替シフトアクチュエータ７１１は第１変速ギアメカニカルクラッチ５８１を奇数段伝達軸５０３上で軸方向にスライドさせ、第２変速ギア切替シフトアクチュエータ７１２は第２変速ギアメカニカルクラッチ５８２を偶数段伝達軸５０４上で軸方向にスライドさせ、第３変速ギア切替シフトアクチュエータ７１３は第３変速ギアメカニカルクラッチ５８３を奇数段伝達軸５０３上で軸方向にスライドさせ、第４変速ギア切替シフトアクチュエータ７１４は第４変速ギアメカニカルクラッチ５８４を偶数段伝達軸５０４上で軸方向にスライドさせる。
【０１５１】
前後進切替シフトアクチュエータ７２１，７２２は、奇数段及び偶数段正逆切替メカニカルクラッチ５６１，５６２をスライドさせる駆動手段である。第１前後進切替シフトアクチュエータ７２１は奇数段正逆切替メカニカルクラッチ５６１を奇数段伝達軸５０３上で軸方向にスライドさせ、第２前後進切替シフトアクチュエータ７２２は偶数段正逆切替メカニカルクラッチ５６２を偶数段伝達軸５０４上で軸方向にスライドさせる。
【０１５２】
リニアソレノイド弁７３１，７３２は、メインクラッチ５１１，５１２を締結するために、油圧ポンプ７４１で発生させた圧油の流量を調整する弁であって、回転油圧接続器７３３，７３４により入力軸５０２の内部に形成された油路に連通させて、メインクラッチ５１１，５１２のそれぞれのピストンに供給するように設計されている。メインクラッチ５１１，５１２はピストンに圧油が供給されることで締結する。
【０１５３】
制御部７００のシフトアクチュエータ７１１〜７１４，７２１，７２２の制御について図１８を用いて詳述する。制御部７００は詳細には変速クラッチ制御部７００ａと前後進判断部７００ｂとを備えている。そして、各回転センサ７０２〜７０５の信号（回転数信号ＳＲ２〜ＳＲ５）とノッチ指令信号ＳＮとは変速クラッチ制御部７００ａに入力され、前後進指令信号ＳＦ／Ｂは前後進判断部７００ｂに入力される。
【０１５４】
変速クラッチ制御部７００ａは、回転数信号ＳＲ２〜ＳＲ５とノッチ指令信号ＳＮとに基づいて、締結する変速ギア５７１〜５７８を切り替える。例えば１速ギアに関して、前進時には第１変速ギア切替シフトアクチュエータ７１１を左方向に駆動して第１変速メカニカルクラッチ５８１を変速ギア５７１に締結させ、後進時には第２変速ギア切替シフトアクチュエータ７１２を左方向に駆動して第２変速メカニカルクラッチ５８２を変速ギア５７２に締結させる。
【０１５５】
このとき、前後進判定部７００ｂが前後進指令信号ＳＦ／Ｂに基づいて切替スイッチ７５１〜７５４の位置を制御し、前進時には切替スイッチを「１」の側に、後進時には「２」の側に設定して、変速クラッチ制御部７００ａからみて常に同じ出力で制御できるようになっている。他の変速シフトアクチュエータも同様に接続されている。なお、切替スイッチ７５１〜７５４はリレー等のハードウェアで構成しても良いが、ソフトウェアのロジックで構成しても良い。
【０１５６】
なお、奇数段及び偶数段正逆切替メカニカルクラッチ５６１，５６２の切替は、前後進判定部７００ｂの出力を第１信号変換部７６１でそのまま左右信号に読み替え、あるいは第２信号変換部７６２で左右逆信号に読み替えて、前後進切替シフトアクチュエータ７２１，７２２に出力する。
【０１５７】
＜奇数段から偶数段へのシフトアップ＞
【０１５８】
上述のように構成された変速機１によれば、１速から２速、３速から４速、５速から６速、あるいは７速から８速の偶数段から奇数段へのシフトアップは、前進時には奇数段伝達軸５０３から偶数段伝達軸５０４へ動力伝達経路を切り替えることで達成され、後進時には偶数段伝達軸５０４から奇数段伝達軸５０３へ動力伝達経路を切り替えることで達成される。
【０１５９】
以下に、前進時に１速から２速にシフトアップする様子を図１９および図２０を用いて説明する。前進走行であるので、奇数段及び偶数段正逆切替メカニカルクラッチ５６１，５６２はそれぞれ発車前に、前進側の奇数段伝達ギア５３１または偶数段伝達ギア５３２に締結される。１速走行時は、奇数段メインクラッチ５１１が入力軸５０２に締結され、エンジントルクは図１９に太い破線で示す経路で出力軸５０５に伝達される。このとき、偶数段メインクラッチ５１２は開放されている。
【０１６０】
１速から２速にシフトアップするには、２速ギアを変速前に同期結合しておく必要がある。奇数段から偶数段へのシフトアップは、同じ出力ギアを共有する同じ歯数の変速ギアへの変速であるから、奇数段伝達軸５０３および偶数段伝達軸５０４の回転数を等しくすれば良い。太い一点鎖線で示すように、変速同期機構６００の第１変速同期クラッチ６０１を締結すると、奇数段伝達軸５０３と偶数段伝達軸５０４とが１対１でつながり回転数が等しくなる。変速ギアメカニカルクラッチ５８１〜５８４は次段の変速ギア５７１〜５７８に容易に締結される。
【０１６１】
次に、偶数段メインクラッチ５１２を徐々に締結していくと、エンジントルクは図２０に太い破線で示すように２速側に遷移し、１速側のトルクは細い破線で示すように減少する。このとき、偶数段メインクラッチ５１２はスリップしたままトルクを伝えており、いわゆるトルクフェーズと呼ばれる状態となっている。全てのトルクが２速側に遷移したときに奇数段メインクラッチ５１１を徐々に開放していくと、いわゆるイナーシャフェーズと呼ばれる状態に移行し、奇数段メインクラッチ５１１のスリップが増大するとともに偶数段メインクラッチ５１２のスリップが減少してエンジン回転数が低減する。偶数段メインクラッチ５１２のスリップがゼロになると、１速から２速へのシフトアップが終了する。
【０１６２】
＜偶数段から奇数段へのシフトアップ＞
【０１６３】
２速から３速、４速から５速、あるいは６速から７速の偶数段から奇数段へのシフトアップは、前進時には偶数段伝達軸５０４から奇数段伝達軸５０３へ動力伝達経路を切り替えることで達成され、後進時には逆に奇数段伝達軸５０３から偶数段伝達軸５０４へ動力伝達経路を切り替えることで達成される。
【０１６４】
以下に、前進時に２速から３速にシフトアップする様子を図２１および図２２を用いて説明する。
【０１６５】
２速走行時は、偶数段メインクラッチ５１２が締結され、エンジントルクは図２１に太い破線で示す経路で出力軸５０５に伝達される。このとき、奇数段メインクラッチ５１１は開放されている。
【０１６６】
２速から３速にシフトアップするには、３速ギアを変速前に同期結合しておく必要がある。偶数段から奇数段へのシフトアップは、現在の変速段が噛み合う出力ギアに隣接する、歯数の異なる出力ギアに噛み合った上位の変速ギアへの変速である。
【０１６７】
偶数段伝達軸５０４の変速ギアから奇数段伝達軸５０３の変速ギアへの変速であるので、例えばエンジン回転数が1000ｍｉｎ−１のときには、偶数段伝達軸５０４の回転数は、偶数段入力ギア５２２と偶数段伝達ギア５３２のギア比を掛けて (1000×46/74)＝621ｍｉｎ−１となる。さらに、変速ギア５７２と第１出力ギア５９１のギア比を掛けると、出力軸５０５の回転数は (621×30/58)＝321ｍｉｎ−１となる。また、３速ギアの回転数は第２出力ギア５９２と変速ギア５７３のギア比を掛けて (321×59/51)＝371ｍｉｎ−１となる。
【０１６８】
これは、偶数段伝達軸５０４の回転数621ｍｉｎ−１を段間比の２乗で割った値となる。すなわち、１速と２速の段間比は1.283であり、２速と３速の段間比は1.302であるから、平均して1.293とすると、段間比の２乗は1.67となり、３速ギアの回転数は (621/1.67)＝372ｍｉｎ−１となる。
【０１６９】
したがって、前進時に２速から３速にシフトアップする場合は、偶数段伝達軸５０４の回転数を段間比の２乗で割った値乃至はその近傍の値に、奇数段伝達軸５０３の回転数を強制的に変化させればよい。
【０１７０】
変速同期機構６００の第２変速同期クラッチ６０２締結時のギア列は、前述のように、奇数段伝達軸５０３と偶数段伝達軸５０４が段間比の２乗で連結可能に設計されている。そのため、図２１に点線で示すように第２変速同期クラッチ６０２を締結すると、変速ギアメカニカルクラッチ５８１は変速ギア５７３の爪５７３ａに容易に嵌合するようになっている。
【０１７１】
次に、奇数段メインクラッチ５１１を徐々に締結していくと、エンジントルクは図２２に太い破線で示すように３速側に遷移し、２速側のトルクは細い破線で示すように減少する。このとき、奇数段メインクラッチ５１１はスリップしたままトルクを伝える、トルクフェーズの状態となっている。全てのトルクが３速側に遷移したときに偶数段メインクラッチ５１２を徐々に開放していくと、イナーシャフェーズの状態に移行し、偶数段メインクラッチ５１２のスリップが増大するとともに奇数段メインクラッチ５１１のスリップが減少して、エンジン回転数が低減する。奇数段メインクラッチ５１１のスリップがゼロになると、２速から３速へのシフトアップが終了する。
【０１７２】
後進時には奇数段伝達軸５０３と偶数段伝達軸５０４の役割が入れ替わるので、偶数段から奇数段へのシフトアップ時には、奇数段伝達軸５０３の回転数を段間比の２乗で割った値乃至はその近傍の値に、偶数段伝達軸５０４の回転数を変化させる必要がある。このため、変速同期機構６００のギア列は、第３変速同期クラッチ６０３を締結すると、偶数段伝達軸５０４と奇数段伝達軸５０３とが段間比の２乗で連結するように設定されている。
【０１７３】
＜シフトダウン＞
【０１７４】
シフトダウンの場合にも、シフトアップと同様に、変速同期機構６００により下段の変速ギアを変速前に同期結合する。
【０１７５】
偶数段から奇数段へのシフトダウンは、第１変速同期クラッチ６０１を締結して奇数段伝達軸５０３と偶数段伝達軸５０４の回転数を等しくすることで素早く下段の変速ギアを同期結合する。
【０１７６】
一方、奇数段から偶数段へのシフトダウンは、前進時には、第２変速同期クラッチ６０２を締結して偶数段伝達軸５０４の回転数を奇数段伝達軸５０３の回転数の段間比の２乗倍にし、後進時には、第３変速同期クラッチ６０３を締結して奇数段伝達軸５０３の回転数を偶数段伝達軸５０４の回転数の段間比２乗倍にすることで、素早く下段の変速ギアを同期結合する。
【０１７７】
以下、後進時に５速から４速にシフトダウンする様子を図２３および図２４を用いて説明する。本変速機５０１は前後進で奇数段と偶数段とが入れ替わるので、後進時には偶数段伝達軸５０４の第２群変速段が奇数段になる。
【０１７８】
５速走行時は変速ギア５７６が結合されて奇数段メインクラッチ５１１が締結され、エンジントルクは図２３に太い破線で示す経路で出力軸５０５に伝達される。このとき、偶数段メインクラッチ５１２は開放されている。４速にシフトダウンするには、４速ギアすなわち変速ギア５７３を変速前に同期結合しておく必要がある。奇数段から偶数段へのシフトダウンは、隣接する出力ギアに噛み合った変速ギアへ移行するものであるから、奇数段伝達軸５０３の回転数を偶数段伝達軸５０４の回転数の段間比２乗倍にすればよい。このため、図２３に点線で示すように、第３同期クラッチを締結すると、変速ギアメカニカルクラッチ５８１を変速ギア５７３に容易に締結することができる。
【０１７９】
シフトダウンであるから、トルクフェーズによりエンジントルクを遷移させることが原理的に不可能である。そこで、奇数段メインクラッチ５１１を徐々に開放していくと、図２４に太い破線で示すようにエンジントルクが５速側に伝達したまま、奇数段メインクラッチ５１１はスリップし始め、イナーシャフェーズの状態に移行する。スリップ回転数が最大に達すると偶数段メインクラッチ５１２の回転差がゼロになるので、偶数段メインクラッチ５１２を締結すると同時に奇数段メインクラッチ５１１を開放すると、エンジントルクは一気に５速ギア（変速ギア５７６）から４速ギア（変速ギア５７３）に遷移して、シフトダウンが終了する。
【０１８０】
上述の第２実施形態に係るツインクラッチ式変速機５０１によれば、奇数段及び偶数段正逆切替メカニカルクラッチ５６１，５６２をトルクの小さな入力側に設置できるので、小型で安価なクラッチを実装することができる。さらに、メインクラッチ５１１，５１２と並列に設置できるので変速機５０１の軸長が短くなり、また、エンジン５１０の軸の延長上に出力軸５０５を配置することが可能となり、コンパクトな変速機５０１を実現することができる。
【０１８１】
特に、奇数段逆転伝達ギア列の入力軸上のギアは、偶数段入力ギア５２２によって共用されると共に、偶数段逆転伝達ギア列の入力軸上のギアは、奇数段入力ギア５２１によって共用される。結果、正転・逆転を切り換える際のギアの数が減少するので、その分だけコンパクトな変速機５０１を実現できる。これは同時に、奇数段逆転伝達ギア列にエンジントルクを伝える奇数段逆転用のメインクラッチの役目を、偶数段メインクラッチ５１２が兼ねることに繋がり、同様に、偶数段逆転伝達ギア列にエンジントルクを伝える偶数段逆転用のメインクラッチの役目を、奇数段メインクラッチ５１１が兼ねることに繋がる。結果、摩擦クラッチの数も減少するので、更にコンパクトな変速機５０１を実現できる。
【０１８２】
また、メインクラッチ５１１，５１２と、奇数段及び偶数段正逆切替メカニカルクラッチ５６１，５６２の対称的な配置により、前進時と後進時のギアの噛み合い数が最大でも１つしか異ならないようにすることが可能となり、伝達効率のアンバランスがなくなるという利点がある。このギアのバランスの良い構成は、前後・後進ともに運転時間が略同じとなる気動車にとって特に有用である。
【０１８３】
また、第１速〜第８速までの段間比がほぼ一定になるように設計されているので、変速同期機構６００は少数の同期ギア比に要約することができ、コンパクトな変速同期機構６００で次段ギアの素早い予備締結が可能となり、変速動作が速くなり、乗り心地も向上するという利点がある。
【０１８４】
すなわち、偶数段と奇数段を前進と後進で切り換える構成であっても、出力ギアを共有している段間のシフトアップおよびシフトダウンの同期のために、第１回転比となる同期ギア列を用意し、また、前進時の出力ギアを共有していない段間のシフトアップおよびシフトダウンにおけるの同期のために、第２回転比となる同期ギア列を用意し、後進時の出力ギアを共有していない段間のシフトアップおよびシフトダウンにおけるの同期のために、第３回転比となる同期ギア列を用意すれば、機械的に同期をとりながらシフトアップまたはシフトダウンを行うことができる。
【０１８５】
また、前後進切替同期機構６９０は入力軸５０２と並行になるように入力側に設けられているので、前後進切替同期機構６９０のために変速機５０１の軸長を延長する必要がなく、この点でもコンパクトな変速機５０１を実現することができる。
【０１８６】
なお、軸方向に多少大きくなるが、図２６に示される他の構成例のように、入力軸５０２に対して、奇数段逆転専用の奇数段逆転入力ギア８２２と、偶数段逆転専用の偶数段逆転入力ギア８２１を設けるようにしても良い。この場合は、奇数段メインクラッチ５１１とは別に、入力軸５０２と奇数段逆転入力ギア８２２を結合する奇数段逆転メインクラッチ８１２を設け、更に、偶数段メインクラッチ５１２とは別に、入力軸５０２と偶数段逆転入力ギア８２１を結合する偶数段逆転メインクラッチ８１１を設けるようにすればよい。この場合、例えば、奇数段メインクラッチ５１１及び偶数段メインクラッチ５１２を利用して正転運転を行う場合、奇数段正逆切替メカニカルクラッチ５６１と偶数段正逆切替メカニカルクラッチ５６２によって、使用していない偶数段逆転メインクラッチ８１１及び奇数段逆転メインクラッチ８１２を切り離して、これらのメインクラッチの引き摺りロスを低減させることが好ましい。
【０１８７】
一方、図２６の構成と比較して、図１６で示した構成では、奇数段逆転伝達ギア５５２と噛み合う入力軸側ギアが、偶数段伝達ギア列の入力軸側ギア（偶数段入力ギア５２２）で代用されており、偶数段逆転伝達ギア５５１の入力軸側ギアが、奇数段伝達ギア列の入力軸側ギア（奇数段入力ギア５２１）で代用される。また、奇数段逆転メインクラッチが、偶数段メインクラッチ５１２で代用されており、偶数段逆転メインクラッチが、奇数段メインクラッチ５１１で代用される。このように、正転運転と逆転運転において、各メインクラッチと入力ギアを共用すると同時に、正転運転と逆転運転で、奇数段側と偶数段側の変速ギア列を入れ替えることで、極めてコンパクト化されたツインクラッチ式変速機を得ることが出来ることが分かる。
【０１８８】
なお、これらに示した実施形態では、各変速ギア列に４速ずつ変速ギアを備えて８段階の変速が可能となるように構成しているが、変速ギアの数はこれに限定されるものではない。また、変速ギアの並びもエンジン側から順に、低速から高速に上がる構成に限定されない。
【０１８９】
また、例えば上記実施形態では、本変速機を軌条車両等の気動車に適用する場合について説明したが、同様のツインクラッチ式変速機を用いる駆動システムであれば気動車に限定されるものではなく、普通自動車、商用車両（例えばトラック、バス）あるいは産業用車両（例えば油圧ショベルやフォークリフト）等の他の車両に適用することが可能である。なお、例えば普通自動車に適用する場合には、変速ギアに後退１速用のギアを加え、変速ギアの数や並びを当該車両に適した構成にする（例えば６速＋後退で、奇数段伝達軸に１速→後退→３速→５速の順にギアを配置し、且つ偶数段伝達軸に２速→４速→６速の順にギアを配置する）と好ましい。また、エンジンとしてガソリンエンジンを使用するものに適用しても良い。
【０１９０】
尚、本発明の変速機は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【０１９１】
本発明のツインクラッチ式変速機は、ディーゼル気動車の他、様々な用途において、主として大馬力車両用途で利用することが好適である。
【符号の説明】
【０１９２】
１      変速機
２      ディーゼルエンジン
１０    入力軸
３０    奇数段変速機構
３２    奇数段伝達ギア列
３４    奇数段メインクラッチ
４０    奇数段伝達軸
４１    第１速変速ギア列
４３    第３速変速ギア列
４５    第５速変速ギア列
４７    第７速変速ギア列
５０、５２    奇数段メカニカルクラッチ
６０    偶数段変速機構
６２    偶数段伝達ギア列
６４    偶数段メインクラッチ
７０    偶数段伝達軸
７２    第２速変速ギア列
７４    第４速変速ギア列
７６    第６速変速ギア列
７８    第８速変速ギア列
９０    出力機構
９４    出力軸
１００  同期用変速機構
１１０  第１同期ギア列
１１２  第１同期クラッチ
１２０  第２同期ギア列
１２２  第２同期クラッチ
５０１  変速機
５０２  入力軸
５０３  奇数段伝達軸
５０４  偶数段伝達軸
５１０  エンジン
５１１  奇数段メインクラッチ
５１２  偶数段メインクラッチ
５２１  奇数段入力ギア
５２２  偶数段入力ギア
５３１  奇数段伝達ギア
５３２  偶数段伝達ギア
５４２  奇数段逆転アイドラギア
５４２ａ  奇数段逆転アイドラ軸
５４１  偶数段逆転アイドラギア
５４１ａ  偶数段逆転アイドラ軸
５５１  偶数段逆転伝達ギア
５５２  奇数段逆転伝達ギア
５６１  奇数段正逆切替メカニカルクラッチ
５６２  偶数段正逆切替メカニカルクラッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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